Szkło reaktywne

Nowa klasa szkła bioaktywnego może działać jak inteligentny system — nie tylko wyczuwa otoczenie, ale także reaguje na nie chemicznie i fizycznie.

Na Southern Illinois University, Bakul C. Dave (czyt. Da-vey) utworzył przezroczysty szklisty materiał z roztworu organicznie zmodyfikowanego żelu krzemionkowego. Zmieszany z wodą w temperaturze pokojowej roztwór zol-żel twardnieje w ciągu około pięciu minut w stały, ale elastyczny przezroczysty żel.

Szkło zol-żel ma strukturę plastra miodu z mikroskopijnymi porami, które mogą absorbować biocząsteczki, takie jak białka lub enzymy, i uwalniać je w odpowiedzi na bodźce środowiskowe. Ta właściwość może przybliżyć inteligentny nośnik dostarczania leków, który będzie w stanie regulować dawki w celu utrzymania odpowiednich poziomów terapeutycznych.

Szkło pęczniejące

Tradycyjne szkło, powstałe w wyniku topienia krzemionki w wysokiej temperaturze, zawiera bardzo mało wody. Szkło zol-żel zawiera 20% wagowo wody. Połączenie porowatości i wysokiej zawartości wody sprawia, że ​​szkło zol-żel jest elastycznym czujnikiem i reaktorem.

W eksperymentach laboratoryjnych szkło zolowo-żelowe pęcznieje, kurczy się lub zgina w warunkach zmieniającej się temperatury lub kwasowości, ale powraca do swojego pierwotnego kształtu, gdy środowisko się uspokaja. Reaguje również na zmiany w soli lub polu elektrycznym.

Dodatkowo szkło może reagować na różne bodźce chemiczne, w tym białka i inne biomolekuły. Czułość szkła, w tym wybór cząsteczki docelowej, jest kontrolowana przez modyfikacje roztworu żelu krzemionkowego.

Gdy szkło zol-żel zmienia swój kształt, może wchłaniać lub usuwać biocząsteczki poprzez połączony system mikroporów, które również się powiększają lub kurczą. Samo szkło jest bioobojętne lub biokompatybilne, co oznacza, że ​​zachowuje integralność biocząsteczek wbudowanych lub wchłoniętych w pory zol-żel. Ta biokompatybilność oznacza również, że jego użycie jako pigułki lub implantu nie powinno powodować infekcji ani odrzucenia przez organizm.

Pompka lub gąbka

Zespół badawczy Dave'a bada potencjał zol-żelu jako regulowanego przez środowisko nośnika dostarczania leków. W przeciwieństwie do kapsułek o przedłużonym uwalnianiu, których działanie jest ciągłe, na przykład pompa insulinowa typu zol-żel naśladowałaby naturalną reakcję trzustki, modulując ilość uwalnianej insuliny proporcjonalnie do zmieniającego się stężenia glukozy we krwi.

Zespół Dave'a zaczął testować to podejście z implantami zol-żel u myszy. Przy spodziewanych poziomach dawkowania insulina w jednomilimetrowym implancie może wytrzymać kilka lat, mówi.

W laboratorium szkło bioaktywne może znaleźć dalsze zastosowania jako gąbka białkowa lub separator, wchłaniając określoną cząsteczkę docelową z biologicznej zupy. Później proces można było odwrócić, aby wykręcić oddzielone białko.

Inne potencjalne zastosowania obejmują mikroprzepływy i cienkie warstwy. Według Dave'a możliwe byłoby ukształtowanie porowatego materiału w maleńkie kanały, zawory i zbiorniki, które otwierają się i zamykają poprzez zmianę kształtu, a nie działanie mechaniczne.

Lub, jako cienka warstwa lub powłoka, szkło zolowo-żelowe może działać jako czujnik, przekazujący warunki środowiskowe leżącemu pod spodem materiałowi lub podłożu, umożliwiając regulację ciśnienia w rurze lub prędkości silnika w razie potrzeby.

Dla Dave'a głównym celem jego badań zol-żel jest szeroki zakres zastosowań, jakie może on otworzyć. „Możemy skutecznie przekształcić dowolny sygnał chemiczny lub fizyczny w dokładnie modulowaną odpowiedź”, mówi.

Kochanie, zmniejszyłem próbkę

Podobnie jak w przypadku wielu odkryć naukowych, wrażliwe szkło Dave'a zostało odkryte niemal przez przypadek. Zol-żele istnieją od wielu lat, a nawet zostały zmieszane z materiałami organicznymi i biomolekularnymi. W 1997 roku grupa Dave'a pracowała nad organicznymi zol-żelami do zastosowań fotochemicznych, kiedy doktorant przypadkowo zostawił jasne światło na próbce. Ku zaskoczeniu wszystkich próbka skurczyła się w świetle.

Dzisiaj Dave udoskonala zdolność roztworu krzemionki do precyzyjnego wykrywania i reagowania na określone bodźce środowiskowe po jego zestaleniu się w szkło zol-żel. Zaczyna także badać zastosowania na granicy nanotechnologii, gdzie cząsteczki szkła zol-żel mogą być wykorzystywane do specyficznego dla cząsteczki dostarczania lub wchłaniania leków i innych substancji terapeutycznych.

Jeśli mu się uda, możemy w końcu zobaczyć nanocząsteczki zol-żel używane do czyszczenia narządów lub tkanek poprzez usuwanie lub neutralizowanie szkodliwych białek lub bakterii.

ukryć