Все выпуски  

Нанотехнологии в медицине и биологии


ВЫПУСК 5

Стоматология и нанотехнологии

Ученым из Паффенбаргеровского исследовательского центра Американской стоматологической ассоциации (American Dental Association’s Paffenbarger Research Center) совместно с Национальным институтом стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology (NIST) удалось доказать, что нанотехнологии могут позволить создать пломбирующий материал, который одновременно и более прочный, и эффективно предотвращает поражение зубов. В основе новой техники лежит стандартный полимерный наполнитель.

Стоматологи не могут давать пожизненные гарантии на пломбы, т. к. они разрушаются под воздействием ряда причин. На замену существующих пломб приходится около 70 % общего объема стоматологических услуг (только в США на эти цели тратится около 5 млрд долларов в год).

Процесс установки пломбы выглядит следующим образом: стоматолог готовит материал для пломбы путем смешения жидкой эпоксидной смолы с порошком, содержащим краситель, армирующую добавку и ряд вспомогательных компонентов, после чего заполняет полученной пастой полость и полимеризует смесь, инициируя реакцию светом определенной длины волны.

В случае обычных пломб в порошок добавляется вещество, которое выделяет фосфат-ионы и ионы кальция. Но такие добавки понижают прочность пломбы.

Чтобы решить эту проблему, ученые применили метод распылительной сушки, который позволит получить частицы одной из таких добавок — ангидрид дикальций фосфата (DCPA) — диаметром около 50 нм, что в 20 раз меньше, традиционно используемого порошка DCPA с размером частиц порядка 1 мкм. При этом освобождается больше пространства для армирующих добавок, что позволяет повысить прочность пломбы.

Источник:  http://www.nanonewsnet.ru

Продемонстрирован надежный и простой метод диагностики рака легких

Группа ученых из Израильского технологического института и Госпиталя им. Рамбама предложила оригинальный метод диагностики рака легких, основанный на анализе состава выдыхаемого человеком воздуха.

Подобные неинвазивные способы диагностирования рака легких применяются довольно давно: специалисты пользуются тем, что у заболевшего человека концентрация определенных летучих органических веществ в выдыхаемом воздухе повышается с 1–20 до 10–100 частей на миллиард. Процесс исследования состава воздуха, однако, отнимает много времени; собранные образцы приходится подготавливать, а затем анализировать по методикам масс-спектрометрии или инфракрасной спектроскопии.

Израильские специалисты нашли способ значительно упростить и ускорить процедуру диагностики.

В датчиках сконструированного ими устройства содержатся золотые наночастицы; при попадании частиц, содержащихся в выдыхаемом воздухе, на поверхность датчика его сопротивление изменяется. Оценивая эти изменения, ученые получали информацию об уровне содержания летучих органических веществ в образце. Откалибровав устройство, авторы провели его тестирование на 96 добровольцах (40 раковых больных и 56 здоровых людях); точность работы датчика составила более 86 процентов. Результаты отдельной серии опытов, как сообщают исследователи, свидетельствуют о том, что методика также может использоваться для диагностики других заболеваний (к примеру, почечной недостаточности).

По мнению авторов, подготовка к массовому производству таких устройств займет от трех до пяти лет.

Полная версия отчета ученых будет опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Источник: http://www.science.compulenta.ru

Желчные кислоты для сплетенных микролент

Химики из Китая получили соединения, способные к организации своеобразных микроструктур – завитых в спирали лент. Полученные микроленты содержат полупроводниковые и флуоресцентные фрагменты, что позволит использовать их в оптоэлектронных материалах.

Соединения были получены за счет связывания фрагментов желчных кислот с сопряженными молекулами. Желчные кислоты представляют собой большие хиральные молекулы, продукты деградации холестерина, которые образуются в печени и накапливаются в желчном пузыре. Желчные кислоты также представляют собой амфифилы, гидрофильные и гидрофобные группы которых расположены на противоположных фрагментах молекулы.

По словам возглавлявшего исследовательский проект Гуантао Ли (Guangtao Li), работающего в Университете Циньхуа Пекина, причина необычной самоорганизации полученных соединений заключается в сочетании хиральных свойств и амфифильности строительных блоков. При введении материала в подходящий растворитель (в описанном китайскими исследователями случае это была смесь вода-теирагидрофуран) амфифильные желчные кислоты способствуют самоорганизации полученных лент в структуры различного строения – от переплетенных лент до закрытых капсул.

Наиболее интересным оказывается то обстоятельство, что незначительные модификации структуры желчных кислот приводят к существенным изменениям в форме образующихся продуктов самоорганизации. Например, использование желчной кислоты приводит к образованию капсул с размером 100 нм, а использование дезоксихолевой кислоты позволяет получить ленты с микрометровой шириной и длиной в несколько сотен микрометров.

Исследователи из Китая полагают, что дальнейшие изменения строения амфифила могут привести к разработке новых оптоэлектронных материалов, а также наноразмерных капсул для доставки лекарств.

Источник: Chem. Eur. J., 2009. DOI: 10.1002/chem.200900484

Источник: http://www.chemport.ru

Наномагниты в шесть раз ускорили лечение стволовыми клетками

Ученые из Великобритании использовали наномагниты для лечения сердечно-сосудистых заболеваний, сообщает The Daily Telegraph. Исследование было проведено специалистами Университетского колледжа Лондона (University College London) под руководством Марка Литго (Mark Lythgoe). Результаты их работы опубликованы в журнале Cardiovascular Interventions, издаваемом Американским колледжем кардиологии (American College of Cardiology).

В своей работе ученые использовали стволовые клетки, из которых развивается внутренняя оболочка (эндотелий) сосудов. Попадая с током крови к месту повреждения сосуда, эти клетки восстанавливают его стенку. Однако эффективность данного метода лечения существенно зависит от точности его применения.

Для повышения этого параметра исследователи прикрепили к каждой клетке наночастицу из намагниченного оксида железа и направляли ее с помощью внешнего магнита. В экспериментах ученые использовали лабораторных крыс, оценивая время попадания клеток с наномагнитами в поврежденные участки общей сонной артерии животных.

В ходе исследования было установлено, что использование внешнего магнита для направления клеток увеличивает скорость их попадания к поврежденному участку сосуда в шесть раз. Кроме того, в пораженных участках ученые зафиксировали в пять раз больше клеток-предшественников эндотелия.

По словам Марка Литго, наномагниты могут применяться не только для лечения повреждений сосудов, но и для обнаружения клеток-мишеней в различных органах и тканях, а также для целенаправленной "транспортировки" антител и вирусов к клеткам при лечении злокачественных опухолей.

Источник:  http://www.Medportal.ru

Разборчивые металлоорганические каркасные структуры

Исследователи впервые смогли модифицировать металлоорганические каркасные структуры [frameworks (MOF)], придав им способность селективно захватывать стерически объемные органические молекулы.

Системы MOF давно являются предметом пристального внимания исследователей благодаря своей способности улавливать водород или оксид углерода, однако новые исследования показали, что MOF можно применять и в других областях – создание сложных систем доставки лекарств или наноэлектроника будущего.

Фрейзер Штоддарт (Fraser Stoddart) из Северо-западного Университета США отмечает, что ранее MOF использовались либо как сита, кристаллы которого пропускали лишь мельчайшие по размеру молекулы, либо как губки, способные абсорбировать большие объемы газа. Совместная работа Штоддарта и Омара Яги из Университета Калифорнии в Лос-Анжелесе привела к созданию MOF, работа которых до определенной степени может рассматриваться как имитация биохимического механизма распознавания «ключ-замок» – MOF определенного строения может распознавать и удерживать в порах кристаллической решетки только специфические молекулы.

Системы MOF обычно получают связывая металлооксидные кластеры (обычно их называют ступицами – hubs) с помощью органических молекул (о них часто говорят как о спицах – struts). В результате образуются пористые кубические кристаллические структуры с крайне низкой плотностью. Для увеличения селективности системы Штоддарт и Яги модифицировали спицы MOF циклическими полиэфирами.

Петлеобразные макроциклы заполняют внутреннее пространство в порах MOF, позволяя разместиться там лишь молекулам определенной формы и размера. Например, 34- и 36-членные циклы могут служить эффективным «доком» для параквата (paraquat), гербицида, состоящего из двух связанных пирдиновых циклов.

Источник: Science, 2009, DOI: 10.1126/science.1175441

Источник: http://www.chemport.ru

Наномоторы обнаруживают серебро в следовых количествах

Совместная работа исследователей из США и Германии обнаружили, что скорость синтетических наномоторов зависит от локальной концентрации серебра. Открытие позволяет предположить, что наномоторы могут использоваться для детектирования следовых количеств серебра и других потенциально опасных металлов в воде.

Наномоторы представляют собой наноразмерные машины, которые могут преобразовывать химическую энергию в механическую. Долгое время были известны лишь белковые наномоторы биологического происхождения, однако в последнее десятилетие исследователям удалось получить искусственные наномоторы, способные проявлять похожую активность.

Наиболее изученными представителями синтетических наномоторов являются нанопровода, концы которых сделаны из различных металлов, например, золота и платины. Если топливом для наномотора является перекись водорода, на платиновом конце происходит окисление перекиси, на золотом – восстановление, в результате окислительно-восстановительных процессов нанопровод движется поступательно.

Джохеф Вонг (Joseph Wang) из Университета Калифорнии в Сан Диего, изучая движение золото-платиновых нанопроводов в ячейке электролиза, первыми обнаружили, что серебро может влиять на механизм поступательного движения нанопроводов. Исследователи наблюдали ускорение движения наномоторов, в районе электродов, где концентрация ионов серебра была увеличена.

Заинтересованные этим наблюдением, исследователи использовали оптическую микроскопию для изучения движения нанопроводов в присутствии 11 различных ионов металлов. Ионы десяти металлов замедляли скорость движения нанопроводов, а ионы серебра увеличивали с 10 м/с до 50 м/с. Более того, увеличение скорости пропорционально концентрации ионов серебра.

Ванг полагает, что наиболее возможное объяснение влияния серебра заключается в том, что в присутствии пероксида водорода ионы серебра восстанавливаются, восстановленное серебро осаждается на нанопроводах и увеличивает их каталитическую активность.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2009, DOI: 10.1021/ja905142q

Источник: http://www.chemport.ru


В избранное