Metoda cu raze X moi promite progrese nano-purtătoare pentru medicamente inteligente și curățarea mediului

Culorile speciale ale razelor X rezonează cu legături în molecule (metilul este prezentat în această ilustrație). Acest lucru permite oamenilor de știință să investigheze selectiv părți chimice distincte ale nanocombustibililor – în dezvoltarea medicinii inteligente și a confiscării hidrocarburilor în legătură cu purificarea deversărilor de petrol. Credit: Universitatea de Stat din Washington

Înainte ca marele potențial al nanocombustibililor mici pentru livrarea de medicamente foarte vizate și curățarea mediului să poată fi realizat, oamenii de știință trebuie mai întâi să le poată vedea.

În prezent, cercetătorii trebuie să se bazeze pe lipirea coloranților fluorescenți sau a metalelor grele pentru a eticheta părți ale structurilor organice nanofuel pentru investigare, schimbându-le adesea în timpul procesului. O nouă tehnică care utilizează raze X „moi” chimic sensibile oferă o modalitate mai simplă, non-perturbatoare, de a obține o perspectivă asupra acestei nano-lumi.

Într-un studiu publicat de Comunicări despre natură, o echipă de cercetători demonstrează capacitatea metodei cu raze X într-o nanoparticulă de livrare inteligentă de medicamente și o nanostructură polisapon care are ca scop captarea țițeiului vărsat în ocean.

„Am dezvoltat o nouă tehnică pentru a analiza structura internă a nanocombustibililor, a chimiei și a comportamentului de mediu fără niciun fel de etichetare – o nouă abilitate care nu a fost posibilă până acum”, a declarat Brian Collins, fizician la Universitatea din Washington Autorul statului și al studiului „În prezent, aveți nevoie de etichete fluorescente pentru a privi în interiorul nanocombustibililor, dar acest lucru le poate modifica structura și comportamentul, mai ales dacă sunt fabricate din materiale pe bază de carbon. „Cu această nouă tehnică, am reușit să privim în interiorul acestor nanocombustibili, să le analizăm identitatea și concentrațiile chimice – și să facem toate acestea în starea lor complet naturală, inclusiv mediul acvatic”.

Nanopurtătorii organici utilizați pentru distribuirea medicamentelor sunt adesea creați din molecule pe bază de carbon, care fie iubesc, fie urăsc apa. Aceste așa-numite molecule hidrofile și hidrofobe sunt legate între ele și se vor acumula în apă cu partea urâtă a apei care se ascunde în interiorul unei cochilii de segmente de apă iubite.

Medicamentele hidrofobe vor intra, de asemenea, în structura în sine, care este concepută pentru a deschide și elibera medicamentul numai în mediul bolnav. De exemplu, tehnologia nano-purtătoare are potențialul de a permite chimioterapia care ucide doar celulele canceroase fără a îmbolnăvi pacientul, permițând doze mai eficiente.

În timp ce nanopurtătorii pot fi creați în acest fel, cercetătorii nu pot vedea cu ușurință detaliile structurilor lor sau chiar cât de multă medicament rămâne în interior sau curge. Folosirea etichetelor fluorescente poate scoate în evidență părți ale nanocombustibililor – chiar le poate face să strălucească – dar schimbă, de asemenea, purtătorii în proces, uneori semnificativ.

În schimb, tehnica pe care Collins și colegii au dezvoltat-o ​​utilizează raze X cu rezonanță moale pentru a analiza nanocombustibilii. Razele X moi sunt un tip special de lumină care se întinde între lumina ultravioletă și razele X puternice, care sunt tipul folosit de medici pentru a vedea un os rupt. Aceste raze X speciale sunt absorbite de aproape orice, inclusiv de aer, astfel încât noua tehnică necesită un mediu cu vid ridicat.

Echipa Collins a adaptat o metodă ușoară de raze X pentru a investiga electronica din plastic imprimabilă pe bază de carbon, pentru a lucra la acești nanocombustibili pe bază de apă – prin pătrunderea unei felii subțiri de apă pentru ao face.

Fiecare legătură chimică absoarbe o lungime de undă sau o culoare diferită a razelor X moi, astfel încât pentru acest studiu, cercetătorii au ales culorile cu raze X pentru a ilumina diferite părți ale unui nanofuel de droguri inteligent prin legăturile lor unice.

In esenta, am reglat culoarea razelor X pentru a distinge intre legaturile deja existente in molecula, a spus Collins.

Acest lucru le-a permis să evalueze cât de mult și ce fel de material se afla în miezul său interior, dimensiunea și conținutul de apă al nanoproiectilului înconjurător și modul în care nanopurtătorul a răspuns într-un mediu în schimbare.

Ei au folosit, de asemenea, tehnica blândă de raze X pentru a investiga un nano-purtător de poliosapon care a fost dezvoltat pentru a captura țițeiul vărsat în ocean. Poliosapurile pot crea un nanopurtor dintr-o singură moleculă, maximizând suprafața acestora pentru a captura hidrocarburi precum cele găsite într-o deversare de petrol. Folosind noua tehnică, cercetătorii au descoperit că structura deschisă ca un burete poate rămâne de la concentrații ridicate la scăzute, ceea ce o va face mai eficientă în aplicațiile din lumea reală.

„Importatorii sunt importanți pentru ca cercetătorii să poată examina îndeaproape toate aceste structuri, astfel încât să poată evita încercările și erorile costisitoare”, a spus Collins.

Această tehnică ar trebui să permită cercetătorilor să evalueze comportamentul acestor structuri în diferite medii, a spus Collins. De exemplu, pentru administrarea înțeleaptă a medicamentelor, pot exista diferite temperaturi, niveluri de pH și stimuli în organism, iar cercetătorii doresc să știe dacă nanostructurile rămân împreună până când condițiile sunt potrivite pentru ca medicamentul să fie aplicat. Dacă pot determina acest lucru la începutul procesului de dezvoltare, pot fi mai încrezători că nanocombustibilii vor funcționa înainte de a investi în studii medicale pe termen lung.

„Anticipăm că această nouă tehnică va permite un ritm mult mai rapid și o precizie mai mare în proiectarea și dezvoltarea acestor noi tehnologii interesante”, a spus Collins.

Referință: „Caracterizarea fără etichetă a nano-purtătorilor organici relevă nuclee unice de moleculă continuă pentru sechestrarea hidrocarburilor” de către Terry McAfee, Thomas Ferron, Isvar A. Cordova, Phillip D. Pickett, Charles L. McCormick, Cheng Wang și Brian A. Collins, 25 mai 2021, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23382-8

Finanțare: Fundația Națională pentru Științe Subvenție pentru instrumentul cheie, subvenția Departamentului Energie Programul de cercetare în carieră timpurie Contractul Departamentului Energetic al SUA. Programul experimental al Fundației Naționale a Științei pentru a stimula cooperativa de cercetare competitivă

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.