Reaktīvais stikls

Jauna bioaktīvā stikla klase var darboties kā inteliģenta sistēma — tā ne tikai uztver savu vidi, bet arī ķīmiski un fizikāli reaģē uz to.

Dienvidilinoisas universitātē Bakul C. Dave (izrunā Da-vey) ir izveidojis caurspīdīgu stiklveida materiālu no organiski modificēta silikagēla šķīduma. Sajaukts ar ūdeni istabas temperatūrā, sola-gela šķīdums sacietē apmēram piecās minūtēs, veidojot cietu, bet elastīgu caurspīdīgu gēlu.

Sol-gēla stikls ir šūnveida ar mikroskopiskām porām, kas var absorbēt biomolekulas, piemēram, olbaltumvielas vai fermentus, un atbrīvot tās, reaģējot uz vides stimuliem. Šis īpašums varētu tuvināt viedu zāļu piegādes līdzekli, kas spēj regulēt devas, lai uzturētu pareizu terapeitisko līmeni.

Uzbriest Stikls

Parastais stikls, kas izveidots, kausējot silīcija dioksīdu augstā temperatūrā, satur ļoti maz ūdens. Sol-gel stikls ir 20 svara procenti ūdens. Porainības un augsta ūdens satura kombinācija padara sol-gēla stiklu par elastīgu sensoru un reaktoru.

Laboratorijas eksperimentos sola gēla stikls uzbriest, saraujas vai izliecas mainīgas temperatūras vai skābuma apstākļos, tomēr atgriežas sākotnējā formā, kad vide kļūst mērena. Tas reaģē arī uz sāls vai elektriskā lauka izmaiņām.

Turklāt stikls var reaģēt uz dažādiem ķīmiskiem stimuliem, tostarp olbaltumvielām un citām biomolekulām. Stikla jutību, tostarp mērķa molekulas izvēli, kontrolē silikagela šķīduma modifikācijas.

Tā kā sola gēla stikls maina formu, tas var absorbēt vai izspiest biomolekulas caur savu savstarpēji savienoto mikroporu sistēmu, kas arī palielinās vai sarūk. Pats stikls ir bioinerts vai bioloģiski saderīgs, kas nozīmē, ka tas saglabā sola-gela porās iebūvēto vai tajās absorbēto biomolekulu integritāti. Šī bioloģiskā saderība nozīmē arī to, ka tā lietošana kā tabletes vai implants nedrīkst izraisīt infekciju vai organisma atgrūšanu.

Sūknis vai sūklis

Deiva pētnieku komanda pēta sol-gel potenciālu kā videi draudzīgu zāļu piegādes līdzekli. Atšķirībā no īslaicīgas darbības kapsulām, kuru darbība ir nepārtraukta, sola-gela insulīna sūknis, piemēram, atdarinātu aizkuņģa dziedzera dabisko reakciju, modulējot tā izdalītā insulīna daudzumu proporcionāli mainīgajai glikozes koncentrācijai asinīs.

Deiva komanda ir sākusi pārbaudīt šo pieeju ar sola gēla implantiem pelēm. Viņš saka, ka ar paredzamo devu līmeni viena milimetra implantā esošais insulīns varētu ilgt vairākus gadus.

Laboratorijā bioaktīvais stikls varētu atrast turpmākus lietojumus kā proteīna sūkli vai separatoru, kas absorbē noteiktu mērķa molekulu no bioloģiskās zupas. Vēlāk procesu var mainīt, lai izspiestu atdalīto proteīnu.

Citi potenciālie pielietojumi ietver mikrofluidikas un plānas plēves. Deivs saka, ka poraino materiālu varētu būt iespējams veidot sīkos kanālos, vārstos un rezervuāros, kas atveras un aizveras, mainot formu, nevis mehānisku darbību.

Vai arī kā plāna plēve vai pārklājums sola gēla stikls varētu darboties kā sensors, kas informē apkārtējās vides apstākļus ar pamatmateriālu vai substrātu, ļaujot pēc vajadzības pielāgot spiedienu caurulē vai dzinēja ātrumu.

Deivs uzskata, ka viņa sola-gela pētījuma galvenais mērķis ir to pielietojumu klāsts, ko tas varētu pavērt. Viņš saka, ka mēs varam efektīvi pārvērst jebkuru ķīmisku vai fizisku signālu rūpīgi modulētā atbildē.

Mīļā, es samazināju paraugu

Tāpat kā daudzi citi zinātnes sasniegumi, arī Deiva jutīgais stikls tika atklāts gandrīz nejauši. Sol-geli pastāv jau daudzus gadus un ir pat sajaukti ar organiskiem un biomolekulāriem materiāliem. 1997. gadā Deiva grupa strādāja pie organiskiem sol-geliem fotoķīmijas lietojumiem, kad kāds absolvents nejauši atstāja spilgtu gaismu uz parauga. Ikvienam par pārsteigumu paraugs saruka zem gaismas.

Šodien Deivs uzlabo silīcija dioksīda šķīduma spēju precīzi sajust un reaģēt uz konkrētiem vides stimuliem pēc tam, kad tas sacietē sola gēla stiklā. Viņš arī sāk pētīt lietojumus nano robežās, kur sola gēla stikla daļiņas varētu izmantot zāļu un citu terapeitisko vielu molekulai specifiskai piegādei vai absorbcijai.

Ja viņam veiksies, mēs varam redzēt, ka sola gēla nanodaļiņas tiek izmantotas orgānu vai audu tīrīšanai, noņemot vai neitralizējot kaitīgos proteīnus vai baktērijas.

paslēpties