211service.com
Reaktivní sklo
Nová třída bioaktivního skla může fungovat jako inteligentní systém – nejen že snímá své prostředí, ale reaguje na něj chemicky a fyzikálně.
Na univerzitě Southern Illinois vytvořil Bakul C. Dave (vyslovuje se Da-vey) průhledný sklovitý materiál z organicky upraveného roztoku silikagelu. Smíchaný s vodou při pokojové teplotě roztok sol-gelu ztvrdne asi za pět minut na pevný, ale elastický průhledný gel.
Sol-gel sklo je voštinové s mikroskopickými póry, které mohou absorbovat biomolekuly, jako jsou proteiny nebo enzymy, a uvolňovat je v reakci na podněty prostředí. Tato vlastnost by mohla přiblížit inteligentní prostředek pro dodávání léčiv, který je schopen regulovat dávkování pro udržení správných terapeutických hladin.
Swell Glass
Běžné sklo, vytvořené tavením oxidu křemičitého při vysoké teplotě, obsahuje velmi málo vody. Sol-gel sklo obsahuje 20 procent hmotnosti vody. Kombinace poréznosti a vysokého obsahu vody dělá ze sol-gel skla flexibilní senzor a reaktor.
V laboratorních experimentech sol-gel sklo bobtná, smršťuje se nebo se ohýbá v podmínkách měnící se teploty nebo kyselosti, ale při zmírnění prostředí se vrací zpět do svého původního tvaru. Reaguje také na změny v soli nebo elektrickém poli.
Kromě toho může sklo reagovat na různé chemické podněty, včetně proteinů a dalších biomolekul. Citlivost skla, včetně výběru cílové molekuly, je řízena modifikacemi roztoku silikagelu.
Jak sol-gel sklo mění tvar, může absorbovat nebo vypuzovat biomolekuly svým propojeným systémem mikropórů, které se také zvětšují nebo zmenšují. Samotné sklo je bioinertní nebo biokompatibilní, což znamená, že zachovává integritu biomolekul zabudovaných nebo absorbovaných do pórů sol-gelu. Tato biokompatibilita také znamená, že jeho použití jako pilulky nebo implantátu by nemělo vyvolat infekci nebo odmítnutí tělem.
Pumpa nebo houba
Daveův výzkumný tým zkoumá potenciál sol-gelu jako ekologicky regulovaného prostředku pro dodávání léků. Na rozdíl od kapslí s časovaným uvolňováním, jejichž účinek je kontinuální, by například sol-gel inzulínová pumpa napodobovala přirozenou reakci slinivky břišní a modulovala množství inzulínu, které uvolňuje v poměru ke kolísající koncentraci glukózy v krvi.
Daveův tým začal testovat tento přístup pomocí sol-gelových implantátů u myší. Při očekávaných úrovních dávkování by inzulin v jednom milimetrovém implantátu mohl vydržet několik let, říká.
V laboratoři by bioaktivní sklo mohlo najít další využití jako proteinová houba nebo separátor, nasávající specifickou cílovou molekulu z biologické polévky. Později mohl být proces obrácen, aby se oddělený protein vyždímal.
Mezi další potenciální aplikace patří mikrofluidika a tenké filmy. Mohlo by být možné, říká Dave, tvarovat porézní materiál do malých kanálků, ventilů a nádrží, které se otevírají a zavírají změnou tvaru spíše než mechanickým působením.
Nebo jako tenký film nebo povlak může sol-gel sklo fungovat jako senzor, komunikující podmínky prostředí s podkladovým materiálem nebo substrátem, což umožňuje upravit tlak v potrubí nebo rychlost motoru podle potřeby.
Pro Davea je hlavním cílem jeho sol-gel výzkumu šíře aplikací, které by mohl otevřít. Můžeme efektivně převést jakýkoli chemický nebo fyzikální signál na pečlivě modulovanou odezvu, říká.
Zlato, zmenšil jsem vzorek
Stejně jako mnoho vědeckých objevů bylo Daveovo citlivé sklo objeveno téměř náhodou. Sol-gely existují již mnoho let a byly dokonce smíchány s organickými a biomolekulárními materiály. V roce 1997 Daveova skupina pracovala na organických sol-gelech pro fotochemické aplikace, když postgraduální student omylem nechal na vzorku jasné světlo. K překvapení všech se vzorek pod světlem zmenšil.
Dnes Dave zdokonaluje schopnost roztoku oxidu křemičitého přesně snímat a reagovat na specifické podněty prostředí poté, co ztuhne do sol-gelového skla. Začíná také zkoumat aplikace na nano hranici, kde by částice sol-gel skla mohly být použity pro molekulově specifické dodávání nebo absorpci léků a jiných terapeutických látek.
Pokud bude úspěšný, mohli bychom nakonec vidět sol-gelové nanočástice používané k čištění orgánů nebo tkání odstraněním nebo neutralizací škodlivých proteinů nebo bakterií.