Reaktyvus stiklas

Nauja bioaktyvaus stiklo klasė gali veikti kaip intelektuali sistema – ji ne tik jaučia aplinką, bet ir chemiškai bei fiziškai reaguoja į ją.

Pietų Ilinojaus universitete Bakul C. Dave (tariama Da-vey) iš organiškai modifikuoto silikagelio tirpalo suformavo skaidrią stiklinę medžiagą. Sumaišytas su vandeniu kambario temperatūroje, sol-gelio tirpalas sukietėja maždaug per penkias minutes ir susidaro vientisas, bet elastingas skaidrus gelis.

Sol-gelio stiklas yra korėtas su mikroskopinėmis poromis, kurios gali absorbuoti biomolekules, tokias kaip baltymai ar fermentai, ir išleisti jas reaguodamos į aplinkos dirgiklius. Ši savybė galėtų priartinti išmaniąją vaistų pristatymo priemonę, galinčią reguliuoti dozes, kad būtų išlaikytas tinkamas terapinis lygis.

Išpūstas stiklas

Įprastame stikle, sukurtame lydant silicio dioksidą aukštoje temperatūroje, yra labai mažai vandens. Sol-gel stiklas yra 20 procentų vandens pagal svorį. Akytumo ir didelio vandens kiekio derinys paverčia sol-gel stiklą lanksčiu jutikliu ir reaktoriumi.

Atliekant laboratorinius eksperimentus, zolio gelio stiklas išsipučia, susitraukia arba išlinksta, kai keičiasi temperatūra ar rūgštingumas, tačiau atkuria pradinę formą, kai aplinka susilpnėja. Jis taip pat reaguoja į druskos ar elektrinio lauko pokyčius.

Be to, stiklas gali reaguoti į įvairius cheminius dirgiklius, įskaitant baltymus ir kitas biomolekules. Stiklo jautrumas, įskaitant tikslinės molekulės pasirinkimą, yra kontroliuojamas modifikuojant silikagelio tirpalą.

Kai zolio gelio stiklas keičia formą, jis gali sugerti arba išstumti biomolekules per savo tarpusavyje sujungtą mikroporų sistemą, kurios taip pat didėja arba susitraukia. Pats stiklas yra biologiškai inertiškas arba biologiškai suderinamas, o tai reiškia, kad jis išsaugo biomolekulių, įterptų į soli-gelio poras arba absorbuojamas į jas, vientisumą. Šis biologinis suderinamumas taip pat reiškia, kad jo naudojimas kaip piliulė ar implantas neturėtų sukelti infekcijos ar organizmo atmetimo.

Siurblys arba kempinė

Dave'o tyrimų grupė tiria sol-gelio, kaip aplinkai reguliuojamos vaistų pristatymo priemonės, potencialą. Skirtingai nuo laiko atpalaiduojančių kapsulių, kurių veikimas yra nepertraukiamas, pavyzdžiui, zolio-gelio insulino pompa imituotų natūralų kasos atsaką, moduliuodama jos išskiriamo insulino kiekį proporcingai svyruojančiai gliukozės koncentracijai kraujyje.

Dave'o komanda pradėjo išbandyti šį metodą naudodama sol-gelio implantus pelėms. Jis sako, kad esant numatomoms dozėms, vieno milimetro implante esantis insulinas gali trukti kelerius metus.

Laboratorijoje bioaktyvus stiklas galėtų būti naudojamas kaip baltymų kempinė arba separatorius, sugerdamas tam tikrą tikslinę molekulę iš biologinės sriubos. Vėliau procesas gali būti pakeistas, kad būtų išspaustas atskirtas baltymas.

Kiti galimi pritaikymo būdai yra mikrofluidikai ir plonos plėvelės. Gali būti įmanoma, sako Dave'as, suformuoti porėtą medžiagą į mažyčius kanalus, vožtuvus ir rezervuarus, kurie atsidaro ir užsidaro keičiant formą, o ne mechaninį veikimą.

Arba, kaip plona plėvelė ar danga, sol-gelio stiklas gali veikti kaip jutiklis, perduodantis aplinkos sąlygas pagrindinei medžiagai arba substratui, leidžiantis pagal poreikį reguliuoti slėgį vamzdyje arba variklio greitį.

Dave'o nuomone, pagrindinis jo sol-gelio tyrimų tikslas yra platus pritaikymas, kurį jis galėtų atverti. Mes galime efektyviai konvertuoti bet kokį cheminį ar fizinį signalą į kruopščiai moduliuotą atsaką, sako jis.

Mieloji, aš susitraukiau pavyzdį

Kaip ir daugelis mokslo pasiekimų, Deivio jautrus stiklas buvo atrastas beveik atsitiktinai. Sol-geliai buvo naudojami daugelį metų ir netgi buvo maišomi su organinėmis ir biomolekulinėmis medžiagomis. 1997 m. Dave'o grupė dirbo su organiniais zoliais-geliais fotochemijos reikmėms, kai absolventas netyčia paliko ryškią šviesą ant mėginio. Visų nuostabai, mėginys susitraukė šviesoje.

Šiandien Dave'as tobulina silicio dioksido tirpalo gebėjimą tiksliai pajusti ir reaguoti į konkrečius aplinkos dirgiklius, kai jis sukietėja į sol-gelio stiklą. Jis taip pat pradeda tirti pritaikymus nano sferoje, kur sol-gelio stiklo dalelės galėtų būti naudojamos specifiniam vaistų ir kitų terapinių medžiagų tiekimui ar absorbcijai.

Jei jam pasiseks, galiausiai galime pastebėti, kad soli-gelio nanodalelės bus naudojamos organams ar audiniams valyti pašalinant arba neutralizuojant kenksmingus baltymus ar bakterijas.

paslėpti