Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Застосування наночастинок в діагностиці, фармакології та терапії 5 часть



6. Bikram M., Gobin M., Whitmire R.E., West J.L. (2007) Temperature-sensitive hydrogels with SiO2–Au nanoshells for controlled drug delivery. J. Control. Release, 123: 219–227.

7. Bishnoi S.W., Rozell C.J., Levin C.S. et al. (2006) All-optical nanoscale pH meter. NanoLett., 6(8): 1687–1692.

8. Diagaradjane P., Shetty A., Wang J.C. et al. (2008) Modulation of in vivo tumor radiation response via gold nanoshell-mediated vascular-focused hyperthermia: characterizing an integrated antihypoxic and localized vascular disrupting targeting strategy. NanoLett., 8(5): 1492 – 1500.

9. Duff D.G., Baiker A., Edwards P.P. (1993) A new hydrosol of gold clusters. 1. Formation and particle size variation. Langmuir, 9(9): 2301–2309.

10. Harris N., Ford M.J., Cortie M.B. (2006) Optimization of plasmonic heating by gold nanospheres and nanoshells. J. Phys. Chem. B, 110(22): 10701–10707.

11. Hirsch L.R., Stafford R.J., Bankson J.A. et al. (2003) Nanoshell-mediated near-infrared thermal therapy of tumors under magnetic resonance guidance. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100(23): 13549–13554.

12. Hirsch L.R., Gobin A.M., Lowery A.R. et al. (2006) Metal Nanoshells. Ann. Biomed. Eng., 34(1): 15–22.

13. Holstrum N., Nilsson P., Carlsten J., Bowland S. (1998) Long-term in vivo experience of an electrochemical sensor using the potential step technique for measurement of mixed venous oxygen pressure. Biosensors and Bioelectronics, 13: 1287–1295.

14. Jackson J.B., Halas N.J. (2004) Surface-enhanced Raman scattering on tunable plasmonic nanoparticle substrates. PNAS., 101(52): 17930–17935.

15. Jain P.K., Lee K.S., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. (2006) Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: applications in biological imaging and biomedicine. Phys. Chem. B, 110(14): 7238-7248.

16. Lassiter J.B., Aizpurua J., Hernandez L.I. et al. (2008) Close encounters between two nanoshells. NanoLett., 8(4): 1212–1218.

17. Lim Y.T., Park O Ok, Jung H.-T. (2003) Gold nanolayer-encapsulated silica particles synthesized by surface seeding and shell growing method: near infrared responsive materials. J. Colloid. Interf. Sci., 263: 449–453.



18. Loo C., Lowery A., Halas N. et al. (2005) Immunotargeted nanoshells for integrated cancer imaging and therapy. NanoLett., 5(4): 709–711.

19. Mann S., Shenton W., Li M. et al. (2000) Biologically programmed nanoparticle assembly. Adv. Mater., 12: 147–150.

20. Oldenburg S.J., Averitt R.D., Westcott S.L., Halas N.J. (1998) Nanoengineering of optical resonances. Chem. Phys. Lett., 288(2-4): 243–247.

21. Oldenburg S.J., Jackson J.B.,Westcott S.L., Halas N.J. (1999) Infrared extinction properties of gold nanoshells. Appl. Phys. Lett., 75(19): 2897–2899.

22. O’Neal D.P., Hirsch L.R., Halas N.J. et al. (2004) Photo-thermal tumor ablation in mice using near infrared-absorbing nanoparticles. Cancer Lett., 209(2): 171–176.

23. Oubre C., Nordlander P. (2005) Finite-difference time-domain studies of the optical properties of nanoshell dimers. Phys. Chem. B, 109(20): 10042–10051.

24. Priest J.H., Murray S.L., Nelson R.J., Hoffman A.S. (1987) Lower critical solution temperatures of aqueous copolymers of N-isopropylacrylamide and other N-substituted acrylamides. Revers. Polym.Gels Rel. Syst., 350: 255–264.

25. Prodan E., Radloff C., Halas N., Nordlander P. (2003) A hybridization model for the plasmon response of complex nanostructures. Science, 302: 419–422.



26. Quinten M. (2001) The color of finely dispersed nanoparticles. Appl. Phys. B, 73(4): 317–326.

27. Schultz S., Smith D.R., Mock J.J., Schultz D.A. (2000) Single-target molecule detection with nonbleaching multicolor optical immunolabels. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 97(3): 996–1001.

28. Sershen S.R., Westcott S.L., Halas N.J., West J.L. (2000) Temperature-sensitive polymer-nanoshell composites for photothermally modulated drug delivery. J. Biomed. Mater. Res., 51(3): 293–298.

29. Sershen S.R., Westcott S.L., West J.L., Halas N.J. (2001) An opto-mechanical nanoshell-polymer composite. Appl. Phys. B, 73(4): 379–381.

30. Sershen S.R., Mensing G.A., Ng M. et al. (2005) Independent optical control of microfluidic valves formed from optomechanically responsive nanocomposite hydrogels. Adv. Mat., 17(11): 1366–1368.

31. Sokolov K., Follen M., Pavolva I. et al. (2003) Real-time vital optical imaging of precancer using anti-epidermal growth factor receptor antibodies conjugated to gold nanoparticles. Cancer Res., 63(9): 1999–2004.

32. Stöber W., Fink A., Bohn E. (1968) Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range. J. Colloid Interface Sci., 26(1): 62–69.

33. Suzuki A., Tanaka T. (1990) Phase transition in polymer gels induced by visible light. Nature, 346(6282): 345–347.

34. Wang H., Goodrich G.P., Tam F. et al. (2005) Controlled texturing modifies the surface topography and plasmonic properties of Au nanoshells. J. Phys. Chem. B, 109(22): 11083–11087.

35. Wang H., Brandl D.W., Le F. et al. (2006) Nanorice: a hybrid plasmonic nanostructure. Nano Lett., 6(4): 827 – 832.

36. Wang Yi, Qian W., Tan Y., Ding S. (2008) A label-free biosensor based on gold nanoshell monolayers for monitoring biomolecular interactions in diluted whole blood. Biosensors and Bioelectronics, 23: 1166–1170.

37. Wei F., Zhang D., Halas N.J., Hartgerink J.D. (2008) Aromatic аmino аcids providing characteristic motifs in the Raman and SERS spectroscopy of peptides. J. Phys. Chem. B, 112(30): 9158–9164.

38. Weissleder R. (2001) A clearer vision for in vivo imaging. Nat. Biotech., 19(4): 316–317.

39. Yoshida R., Sakai K., Okano T., Sakurai Y. (1994) Modulating the phase transition temperature and thermosensitivity in N-isopropylacrylamide copolymer gels. J. Biomater. Sci., Polym. Ed., 6(6): 585–598.

40. Zhou H.S., Honma I., Komiyama H. (1994) Controlled synthesis and quantum-size effect in gold-coated nanoparticles. Phys. Rev. B, 50(16): 12052–12056.

 

Нанотрубки

Карбонові нанотрубки (КНТ) вважаються одним з найперспективніших матеріалів в нанотехнології. КНТ являють собою штучно отриману атомарну структуру, що є сукупністю атомів у вигляді трубок з порожниною всередині довжиною нанорозмірів.

Історія відкриття вуглецевих нанотрубок. Вчені світу вважали, що вуглець має три алотропні (з грец. allos – інший, tropos – властивість) модифікації: сажа, графіт, алмаз. В останні роки встановлено, що для вуглецю характерна четверта модифікація – фурерит у зв’язку з відкриттям молекули фулеренів. Карбонові нанотрубки були відкриті у 1991 році [Lijima Jithesh32] і за останні роки інтенсивно досліджуються вченими світу як п’ята модифікація вуглецю [Кац Е.А., 2008; Goldberger J., 2006;Hillebrenner H., 2006; Lui A., 2008]. У світовій літературі за даними Інтернет на 1.05.2009 року налічується 7725 публікацій з дослідження нанотрубок, з яких 5149 за останні 3 роки.7 Перша наукова робота з властивостей нанотрубок була надрукована у 1992 році.

Вуглецеві нанотрубки – циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів, що складаються з однієї або декількох згорнутих в трубку гексагональних графітових площин (графенів) і закінчуються зазвичай напівсферичною голівкою. Вуглецеві нанотрубки – це синтетично отримана структура, що являє собою сукупність атомів у ви­гляді трубок з порожниною всередині довжиною до 100 нм і діаметром 1–2 нм. Трубчата форма має три контактні поверхні: зовнішню, вну­трішню поверхні та кінці трубок [Tasis D., 2006; Benjamin S., 2007; Cao G., 2008 19, 21].

Класифікація нанотрубок [].

1. Одностінні нанотрубки: становлять пласт вуглецевих атомів, звернутих у трубку, внутрішній діаметр 0,2–2 нм.

2. Багатостінні нанотрубки: побудовані з декількох графітових циліндрів з простором між шарами приблизно у 3,4 Ǻ, мають внутрішній діаметр 2–100 нм.

Вуглецеві нанотрубки в залежності від того як двовимірна молекула графену скручена по відношенню до її гексагональної решітки поділяють:

1. Трубки зі структурою armhair або зубчаті нанотрубки. В них дві сторони кожного графенового шестикутника орієнтовані перпендикулярно вісі циліндра, а молекула С60 розсічена навпіл перпендикулярно вісі п'ятого порядку.

2. Трубки зі структурою zigzag або зигзагоподібні нанотрубки. В них дві сторони кожного графенового шестикутника орієнтовані паралельно вісі циліндра, а молекула С60 розсічена навпіл перпендикулярно вісі третього порядку.

3. Хіральні нанотрубки, в яких гвинтова вісь паралельна вісі нанотрубки. „Хіральність” – властивість об'єктів не співпадати зі своїм відображенням в плоскому дзеркалі ні при яких обертаннях і лінійних переміщеннях, тобто володіють дзеркальною асиметрією при заміні „правого” на „ліве [Baun A., Freidag M, Hillebrenner18, 25, 29].

Методи синтезу нанотрубок.Особливо актуальним питанням є методи синтезу карбонових нанотрубок. До таких нанотрубок виникає низка вимог: достатня кількість наноматеріалу для всебічного його вивчення, процес синтезу не повинен займати багато часу та має бути економічно вигідним [Гусев А.И., 2007].

Пошуку методів синтезу та механізму утворення карбонових нанотрубок присвячено багато робіт [Kr¨atschmer W., Lamb L.D., Fostiropoulos K. et al., 1990; Dyuzhev G.A., 2002]. Досить поширеним та детально вивченим є метод електродугового розряду між графітовими електродами в атмосфері інертного газу [Ebbesen T.W., Ajayan P.M., 1992], вирощування КНТ на каталітично обробленій подложці ( CVD-метод [Cassell A., Franklin N., Chan E.et al., 1999; Fan S., Chapline M.,Franklin N.et al., 1999], а також на каталізаторі який виникає в газовій фазі ( метод HIPCO [Dai H., Rinzler A.G., Nicolaev P. et al., 1996]. Механізмом утворення КНТ за допомогою зазначених методів є послідовне відновлення вуглецю із вуглецевмісного матеріалу на частинці каталізатору та його перехід до твердої кристалічної фази (частинки каталізатору визначають форму кристалічної фази вуглецю). При використанні електролітичного методу синтезу КНТ з розплавів солей [Chen G.Z., Fan X., Luget A.et al., 1998; Bai J.B., Hamon A.L., Marraud A.et al., 2002] роль матриці для формування КНТ відіграють атоми лужного металу, які скручують відкриті трубчасті структури із графенових фрагментів. КНТ можливо отримати і шляхом реакції саморозповсюджуваного високотемпературного синтезу (СВС). Вихідними компонентами для проведення СВС є носії вуглецю (наприклад сода) та відновники (магній, натрій, літій) з додаванням нікелевого або залізного каталізатору. При цьому морфологія отриманих КНТ подібна до вирощених хімічними методами, а вміст нанотрубок досягає 2-4 мас% одержаного продукту.

Існує метод синтезу КНТ, умовами якого легко керувати – це синтез КНТ шляхом термічного осадження етилену на наночастинки нікелю. При зміні умов даного методу синтезу ( природа металу, температура, час проведення синтезу, метод виготовлення частинок металу, співвідношення компонентів газової суміші ) впливає не тільки на вихід і розміри трубок, а й на їхню структуру і чистоту [Лемеш Н. В., Трипольський А. И., 2007].

Серед методів синтезу вуглецевих нанотрубок для вирішення завдань наноелектроніки практичне значення мають вакуумні плазмові технології, зокрема, хімічного парового осадження (CVD-процеси), а також вакуумно-дугового нанесення різноманітних функціональних плівок [Руденко У.М.]. Автори створили вакуумно-технологічну установку, яка забезпечує формування в єдиному вакуумному циклі вуглецевих нанотрубок з заданими характеристиками. Перевагами такої установки є контрольованого синтезу вуглецевих нанотрубок з наред заданими і контрольованими параметрами. У такій установці густина плазми та ступінь дисоціації робочих газів на один-два порядки перевищує відповідні значення для раніше створених розрядних систем. Це створює умови для суттєво підняти ефективність технологічного процесу та значно зменшити енергозабезпечення.

Подальший розвиток нанотехнологій обіцяє людству отримати нові матеріали і впровадити їх у народне господарство та медичну практику і фармакологію. Завдяки нанотехнологіям науковці отримали такі матеріали, які ще півстоліття назад здавалися областю наукової фантастики. Вчені, які отримали можливість доступу до молекулярного рівня організації різних матеріалів вже покращили якість значної кількості товарів повсякденного вжитку, а у майбутньому здобудуть нові застосування у медичній практиці і фармакології.

Властивості нанотрубок. Фізико – хімічні властивості обумовлені високою міцністю вуглець – вуглецевих зв'язків, сітчастою гексагональною будовою і відсутністю дефектів, а також тим, що довжина нанотрубок в десятки разів перевищує діаметр. Нанотрубки в 10 разів міцніші і в 6 разів легші за сталь. При механічному навантаженні, яке перевищує критичну, при дії тепла і випромінювання вони перебудовуються – властивість «самолікування», яка пов'язана з тим, що при сильній деформації гексагональної структури утворюється дефект у вигляді конденсованої пари п'ятичленного чи семичленного циклу. Такі дефекти переміщуючись по поверхні перегруповують атоми. Саме таким чином реставрується первинна форма поверхні нанотрубки. В залежності від діаметру і хірального кута одна третина нанотрубок малого діаметру має металічні властивості, в той час як інші дві третини являються прямозонними напівпровідниками. Всі armhair і одна третина zigzag володіють металічними властивостями. Тому можна вважати, що вуглецеві нанотрубки являються металами і напівпровідниками одночасно [Hamada D., 2004; Chaudhary S., 2007; Liu A., 2008 22, 28, 36].

Електричні властивості.Ці властивості нанотрубок пов’язані з тим, що атоми вуглецю мають потрійну координацію, а тому нанотрубки – це ароматичні системи, у яких три із чотирьох валентних електронів беруть участь в утворенні сигма (σ) – зв’язків, а четвертий утворює пі(π) – зв’язок. Саме пі(π) – електрони завдяки слабким зв’язкам переносять заряд. Це пояснює електричні властивості нанотрубок. Завдяки великому відношенню довжини трубок до їх діаметру нанотрубки мають перколяційні властивості. «Перколяція» – протікання і фільтрація рідини в пористих матеріалах, а також протікання струму в неоднорідних матеріалах. Введення навіть невеликої кількості провідникових трубок в діоелектричні матеріали значно покращує їхні властивості (додавання в резину або пластик 0,1 -0,2 % призводить до покращення електропровідності такого композиційного матеріалу в 10³ разів [Кац Е.А., 2008 4].

Нанотрубкам властивий ефект автоелектронної емісії. Якщо трубку помістити вздовж ліній електричного поля, то на її кінці напруга буде прямопропорційно залежати від того наскільки тонкою є нанотрубка. Нанотрубки характеризуються вираженою чутливістю до механічної напруги (різке зменшення провідності при невеликому згинанні нанотрубки), тобто з одного боку маємо справу з перетворювачем механічних коливань в електричний сигнал, а з іншого – датчик найменших деформацій [Cao G.; Evtim V.; Gazit E.].

Оптичні властивості нанотрубок. Через те, що нанотрубки є напівпровідниками, в них проходить рекомбінація електронно – діркових пар, що призводить до ефективного вивільнення фотона – випромінювальної рекомбінації. Тому нанотрубки включені в число матеріалів оптичної електроніки [Donadson K., 2006; Brian R., 2008].

Фармакологічні властивості.Як зазначалось вище карбонові нанотрубки мають внутрішню та зовнішню поверхні, що забезпечує простір для розміщення інших речовин, наприклад лікарських засобів, а їх відкриті кінці можуть служити воротами для входу та виходу інших медикаментів. Саме завдяки цій властивості КНТ у порівнянні з сферичними наночастинками можуть служити ідеальним переносником медикаментів та бути одним із нових напрямків у нанофармакології Саме завдяки цій властивості КНТ у порівнянні з сферичними наночастинками можуть служити ідеальним вектором у нанофармакології [Hillebrenner H., 2006; Hod O., 2006]. Для біомедичних цілей нанотрубки представляють цікавість в якості носіїв препаратів та інших великих молекул з можливістю їх контрольованого вивільнення під дією тепла чи світла [Nam J.M. et al., 2003; Pagona G.]. Розмір є визначальним фактором їхньої властивості викликати фармакологічні ефекти. Вуглецеві нанотрубки можуть легко проникати до судинного русла через органи дихання, що використовується при порушеннях серцевого ритму та при судинних захворюваннях [Brown J.S. et al., 2002; Nemmar A. et al., 2002; Brook R.D. et al., 2004 25,27,53]. Слід відмітити, що досліджень з вивчення фармакологічних властивостей нанотрубок недостатньо.

Вуглецеві нанотрубки – біосенсори.Першочерговим завданням для створення новітніх нанотехнологій, які будуть засновані на ДНК є приєднання молекули нуклеїнової кислоти до контактної поверхні нанотрубки [Гладченко Г.О., Карачевцев М.В., Валеев В.А. и соавт., 2007]. Електрохімічні ДНК сенсори мають високі потенційні можливості для проведення якісної діагностики на молекулярному рівні, яка буде доступною та недорогою для використання у повсякденній клінічній практиці. Завдяки цим біосенсорам стане можливою швидка постановка діагнозу генетичних хвороб, діагностика раку на ранніх стадіях, аутоімунних хвороб. Цей метод заснований на сучасних нанотрубних ДНК сенсорах [Niemann J., Gabriel J. P., Joiner C. S.,2006; Hahm J., Lieber C.,2004] виявив високий ступінь чутливості при розпізнаванні біологічних зразків.

Імуносенсори це тип біодатчиків, які можуть бути охарактеризовані як компактні аналітичні прилади, до складу яких входить антитіло, антиген чи їх фрагменти. КНТ самі по собі не забезпечені ніякими засобами для розпізнавання біомолекул. Тому потребують розвитку технології, що нададуть можливість КНТ «відчувати» біомолекули та виробляти відповідний сигнал [Jithesh V.,2007]. Багато технологій запропоновано, щоб наділити КНТ молекулярною функцією впізнавання молекул через процес, який було названо функціоналізацією. Основою цього процесу є приєднання білків, ферментів, антитіл чи антигенів до внутрішньої, зовнішньої стінок КНТ або до їх кінців.

Суттєві труднощі для інтеграції КНТ у біологічні системи становить відсутність властивості розчинятися у фізіологічних розчинах. Щоб подолати ці незручні властивості [Banerjee S., Kahn M. G., Wong S. S.,2003; Wang Y., Iqbal Z., Malhotra S. V.,2005; Wang J., Musameh M.,2003] проводився інтенсивний пошук шляхів розчинення КНТ. Поверхневі властивості КНТ можуть варіювати і переходити із гідрофобічних у гідрофільних. Цього можливо досягнути різними способами, такими як хімічним, електрохімічним, термальним та окисленням [Tzeng Y., Huang T. S., Chen Y. C. etal., 2004]. КНТ та їхні стінки можуть бути змінені ковалентними та нековалентними методами. Одним із можливих шляхів для надання КНТ розчинності є генерація ацилхлориду на поверхні КНТ за допомогою реакції з тіоніл хлоридом (SOCL2 ) та диметил формаміном з додаванням глюкозаміна [Pompeo D. R.,2002]. За допомогою цього методу можливо досягти розчинності КНТ 0.1-0.3 мг/мл в залежності від температури. Однією з головних задач для функціоналізації КНТ є іммобілізація білків, ензимів, антитіл чи антигенів у внутрішній простір КНТ або на її зовнішню поверхню [Davis J. J., Green M. L., Hill H. A. et al.,1998]. Розроблено багато технологій для того, щоб оснастити КНТ спеціальними білками, які б були спроможні знаходити потрібну «мішень», тобто певну молекулу із комплексних біологічних зразків. Для цього можна застосовувати ковалентне зв’язування білків до КНТ після попереднього приєднання певної функціональної групи [Jiang K., Schadler L. S., Zhang R.,2004]. Нековалентне приєднання білків призводить до виникнення нових проблем, якщо основані на КНТ імуносенсори неспецифічно пов’язані, стосовно протеїнів на КНТ, що значно знижує специфічність сенсора і якість дослідження. Наприклад, до бокових стінок КНТ шляхом кислотного окислення є можливість приєднати групу карбоксилової кислоти. Надалі, використовуючи N-етил-N’(3-диметил-амінопропіл) карбамід гідрохлорид як поєднуючий агент [Yu X., Kim S. N., Papadimitrakopoulos F. et al.,2005] можлива наступна активація цих груп.

На шляху подальшого розвитку та вдосконалення біосенсорів виникає ще одна суттєва проблема, яка полягає у неспецифічному приєднанні небажаних молекул, оскільки біологічні зразки складаються, як правило, з поєднання різних органічних молекул і білків. Виникає гідрофобічна взаємодія між протеїнами та поверхнею нанотрубок, що призводить до неспецифічного спонтанного з’єднання. Це означає, що ризик неспецифічної взаємодії повинен бути зведеним до мінімуму. Для зменшення можливості такого з’єднання використовують окис поліетилену та поліетиленгіколю [Jithesh V.,2007].

Для візуалізації антитіл на поверхні нанотрубок використовують такі технології як атомна мікроскопія, скануюча електронна мікроскопія, софокусна мікроскопія, а маркування антитіл барвниками допомагає при спостереженні за нанотрубками під мікроскопом [Jithesh V.,2007]. Але все ж таки відсутні адекватні методи виявлення сигналів, де потрібна ультрачутливість, що гальмує виробництво таких імуносенсорів. Більшість імуносенсорів знаходиться на стадії розробки, оскільки існуючі прототипи можуть розглядатися як імуноелектроди, а не як імуносенсори [Jithesh V.,2007]. До того ж немає переконливих даних щодо можливості багаторазового використання біосенсорів, виготовлених на КНТ. Практично використовують КНТ, які мають в основі електрохімічні біосенсори з мобілізованою глюкозооксидазою у приладах для вимірювання рівня цукру. Імуносенсори, основані на КНТ можуть стати невід’ємною частиною «лабораторії – на – чипі». Використання КНТ у холодних катодах для автоелектронних емітерів дає змогу значно покращити робочі характеристики електронних приладів, таких як рентгенівські трубки, плоскі монітори, вони відрізняються меншими габаритами і масою, а також зниженим рівнем споживання енергії [Нищенко М.М., Патока В.І., Шевченко М.А. та співавт., 2007].

КНТ дозволяють значно зменшувати розміри імуносенсорів, що відкриває нові можливості для розвитку сенсорів-імплантантів для безпосереднього контролю над потрібними параметрами. А унікальні властивості КНТ, такі як здатність до переносу електронів та проведення електричного струму робить їх невід’ємною складовою для майбутньої мікроелектроніки. Нова розробка Debiotech – інсуліновий нанонасос (Insulin Nanopump™), який буде менше раніше існуючого (розміром з пейджер ) у 4 рази і може бути легко схованим під одежею. У нанонасосі використано мікроєлектромеханічні технології (MEMS), які дозволяють чітко дозувати введення інсуліну з точністю до 2 %, що близько до фізіологічного процесу виробки інсуліну. А комбінація такого нанонасосу з глюкометром фактично відкриває шлях до створення штучної підшлункової залози.

Перспективи застосування нанотрубок.Нанотрубки можуть бути цінним об’єктом як переносник лікарських засобів, як інсуліновий нанонасос (Insulin Nanopump™), менші розміри і простота використання допомагає чітко дозувати інсулін з точністю до 2%, як біосенсори, для діагностики ранніх форм різних захворювань [Balamurugan S; 16 Jithesh32]. Нанотрубки слугують матеріалом як елементи вимірювальних пристроїв, надлегкий і надміцний одяг для пожежників і космонавтів, композиційні матеріали, що забезпечують високу міцність при надвисоких деформаціях [Balasubramanian K., 2006; Khomutov B., 2007; Matthew A., 2007; Ravi S., 2007 17, 18, 28, 33, 37, 40].

Мініатюризація електроніки, створення оптичних приладів, перехід на рівень нанорозмірів (створення з вуглецевих нанотрубок комп'ютерів і електронних схем різноманітних пристроїв), досягнення теоретичної межі густини запису інформації значної пам'яті, яка буде лімітуватись лише проходженням інформації через пристрій. Створення датчика, який використовувався б у приладах, від яких залежить безпека людей (пасажирів поїздів і літаків, персоналу атомних і теплових електростанцій) [Yao W.-T., 2006; Zhao J., 2006 45].

Застосування в імунологічних, геннотерапевтичних експериментах і та інших технологіях (пересадка генів, введення лікарських засобів) обумовлено нанометровим діаметром нанотрубок, тому проникнення їх в клітини стає високо ефективним і не пошкоджуючим. Завдяки своїй міцності нанотрубки можуть замінити мікрокапіляри, які використовуються в медицині і біології, що інколи призводить до розриву клітин, деформації органел. Перспективним є створення такої комбінації нанотрубок з різноманітними полімерами, яка б по своїм властивостям відповідала м’яким тканинам людини, що дозволить проведення трансплантації тканин без ризику відторгнення. Нанотрубки є ідеальним вектором у нанофармакології через наявність внутрішньої та зовнішньої поверхонь, що забезпечує можливість введення і переносу певної кількості речовини, наприклад, лікарських засобів, а кінці служать воротами для переміщення речовини як у трубку, так і з неї [Ravi S., 2007; Lacerda L., 2006; Rao C., 2002; Stephan T., 2008 35, 40] 33, 39]41, 42].

ДНК-сенсори для проведення діагностики на молекулярному рівні шляхом визначення біомаркерів, іонів металів. Це допоможе у швидкій діагностиці аутоімунних хвороб, генетичних захворювань та злоякісних пухлин на ранніх стадіях. Наприклад, для отримання важливої інформації про пухлину простати антигену (PSA) використовували вуглецеві нанотрубки. PSA – онкологічний маркер, що свідчить про наявність раку простати і сприяє діагностиці раку цього захворювання у чоловіків на ранніх стадіях [Tasis D., 2006; Zhao J., 2006; Pyrzynska K., 2007 43] [38, 45]. Наділення вуглецевих нанотрубок молекулярною функцією для приєднання білків (антигенів, антитіл, їх фрагментів, ферментів) до основних структурних частин нанотрубки, що було названо функціоналізацією. Це перспективно для створення імуносенсорів, oдним із головних завдань якої є іммобілізація білків на зовнішню поверхню або у внутрішній простір.

Малий розмір, структура, велика площа поверхні, хімічний склад насторожують щодо можливого токсичного впливу на організм людини. Чим менший розмір, тим більша проникаюча здатність (аж до альвеолярного дерева). Вдихання таких частинок викликає запальні процеси в легенях, де в основі ушкодження лежить оксидативний стрес. Доведено достовірну кореляцію між площею поверхні наночастинок, їх розмірами, зв’язуванням з металами, що посилює генерацію реактивних форм кисню, розвиток оксидативного стресу, активацію апоптозу. Далі наночастинки потрапляють в кровоносне чи лімфатичне русло, уникаючи фагоцитозу альвеолоцитами 2 – порядку. З током крові потрапляють в легені, серце, печінку, мозок та інші органи. Токсичність можливо виникає при зміні властивостей: під час синтезу, обробки, застосування, під впливом температури, рН, ультрафіолетового опроміненя. У процесі взаємодії з клітинами утворюються вільні радикали, як основний пошкоджуючий фактор [Donaldson K., 2006; Baun A., 2008 24].

Доведено, що наноматеріали мають унікальні хімічні, фізичні та біологічні властивості. Карбонова нанотрубка може гнутися, як соломинка і при цьому розпрямитися без ушкодження, до того ж вони в 20 разів міцніші за сталь [Пул Ч.-мл., Оуенс Ф., 2006]. Але ще не до кінця розкриті можливості їх впливу на людський організм та навколишнє середовище. Унікальні властивості роблять використання наноматеріалів майже не обмеженим у широкому спектрі виробництва, але ці ж властивості означають і те, що наноматеріали можуть бути потенційно небезпечними для людського організму. Тому необхідні фундаментальні та прикладні дослідження з токсикології та безпечності нанотрубок і розроблених на їх основі матеріалів, медичних приладів, лікарських засобів.

Токсичність нанотрубок.З повсякденним ростом темпів використання наноматеріалів все менше уваги приділяється на можливі негативні впливи наночастинок на безпеку у процесі виробництва, навколишнього середовища та на здоров’я людей в цілому. Є негайна потреба вирішення питань безпеки – багато виробів повсякденного застосування (косметика, сонцезахисні креми, фарби та текстиль), що вміщують наноматеріали, а ще більше знаходиться на стадії розробки і скоро потраплять на споживацький ринок. В процесі виробництва біологічна активність і токсичність наноматеріалів може варіювати в залежності навіть від легких зрушень у фізичній та хімічній їх структурі [Seaton A., Donaldson K., 2005]. Вивчення їх поведінки in vitro показало, що такі матеріали здатні пошкоджувати структури клітинної мембрани, клітинні органели та ДНК через властивість стимулювати утворення реактивних різновидів кисню [Xia T., Kovochich M., Brant J. et al., 2006]. Адсорбовані на поверхні токсини можуть проникати у внутрішнє середовище клітини [Perm A., Murphy G., Barker S., 2005] або впливати на мембранні циторецептори, ініціюючи імунну реакцію [Vallhov H., Qin J., Johansson S.M. et al., 2006]. Наночастинки відрізняються від багатьох інших шкідливих об’єктів ще і тим, що мають властивість проходити крізь біологічні бар’єри у межах організму, які непроникні для більших частинок [Ryman-Rasmussen J.P., Riviere J.E., Monteiro-Riviere N.A., 2006; Maynard A.D., 2006]. Дослідження потребує і питання про розподіл в органах і тканинах організму наночастинок, бо із-за їх малого розміру візуально визначити такі частинки неможливо, а їх хімічний склад може бути наближеним до розповсюджених в організмі речовин, таких як вуглець, що може завадити використанню традиційних методів хімічного виявлення. Також існує суттєвий брак інформації щодо поводження наночастинок у ґрунті, повітрі та воді.


Просмотров 344

Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2020 год. Все права принадлежат их авторам!