Nanodeeltjes hebben het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de medische industrie, maar ze moeten enkele kritische eigenschappen bezitten. Eerst, ze moeten zich richten op een specifieke regio, zodat ze zich niet door het lichaam verspreiden. Ze vereisen ook een soort detectiemethode, zodat artsen en onderzoekers de deeltjes kunnen volgen. Eindelijk, ze moeten hun functie op het juiste moment uitoefenen, ideaal als reactie op een stimulus.

De Nanoparticles by Design Unit van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University probeert nieuwe deeltjes te ontwikkelen met ongekende eigenschappen die nog steeds aan deze eisen voldoen. Onlangs, Dr. Jeong-Hwan Kim deed een stap vooruit toen hij experimenteerde met een nieuw type nanomateriaal:de nanosheet. specifiek, hij ontwierp een sterke, stal, en optisch traceerbaar slim 2D-materiaal dat reageert op pH, of de zuurgraad of basiciteit van de omgeving. De American Chemical Society publiceerde zijn bevindingen op 12 augustus, 2014, in hun dagboek, Toegepaste materialen en interfaces .

Nanosheets zijn ongebruikelijk onder nanotechnologie omdat ze niet precies overeenkomen met nanoschaal. De platen die Kim maakte zijn slechts enkele nanometers dik, dun genoeg om het voorvoegsel "nano" te verdienen. Maar hun lengte en breedte kunnen worden gemeten in microns, soms met oppervlakten die in centimeters kunnen worden gemeten; veel groter dan typische nanostructuren. De structuur van Nanosheets geeft ze de mogelijkheid om van vorm te veranderen, van een plat oppervlak naar een boekrol. Helaas, de meeste nanosheets rollen en ontrollen spontaan. Als onderzoekers een nanosheet kunnen ontwerpen om van vorm te veranderen als reactie op een stimulus, ze kunnen het voor een aantal nieuwe toepassingen gebruiken.

Kim probeerde verschillende polymeren aan zijn nanosheets toe te voegen om ze responsief te maken. Voor dit experiment is hij nam een ​​relatief eenvoudig polymeer op dat reageert op pH. Hij ontdekte dat het resulterende nanoblad altijd zou krullen in basis, hoge pH-omstandigheden, en altijd plat in zuur, lage pH-omstandigheden. Kim maakte ook zijn nanosheets die reageren op nabij-infrarood licht, een golflengte van licht die onschadelijk is voor de mens. Afhankelijk van de vorm van de nanosheet, de nabij-infrarode straling kaatst terug met een andere golflengte. Op deze manier, Kim kan de nanosheets niet-invasief volgen, ook al kan hij ze niet zien. Met behulp van deze optische eigenschappen om de nanosheets te karakteriseren, Kim stelde vast dat hij de pH kon benaderen.

Kim stelt zich voor dat biomedische ingenieurs medicijnen in gerolde nanobladen verpakken, zodat wanneer het blad zich ontrolt, het geeft het medicijn vrij. PH responsieve nanosheets, bijvoorbeeld, zou nuttig kunnen zijn voor het richten op verschillende delen van het menselijke spijsverteringskanaal, die de pH verandert tussen de zure maag en de basische darmen. Toch is dit slechts het begin; het maken van een responsieve nanosheet is gewoon een kwestie van het juiste polymeer toevoegen. "Een nanosheet is als pizzadeeg, ' zei Kim. 'Wat je er ook maar op doet - een topping, twee toppings, alles - je kunt." Een nanosheet met een warmtegevoelig polymeer kan omliggende tumoren verbranden om ze te vernietigen, functioneren als een soort superspecifieke chemotherapie. "Het is gemakkelijk om de nanosheets bij de kankercellen te krijgen, ", legt Kim uit. Het richten op specifieke weefsels is gewoon een kwestie van de juiste biomarker toevoegen, zodat het lichaam het nanoblad stuurt waar het hoort.

"Het voordeel van het rollen betekent dat deze nanosheet veel markers of medicijnen veilig in het lichaam kan vangen, " zei Kim. Door een gevaarlijke stof in te kapselen, zoals een kankerbestrijdend medicijn, in een nanoblad, artsen kunnen zeer specifieke delen van het lichaam aanvallen. Dit zou de benodigde hoeveelheid van het medicijn verminderen en bijwerkingen minimaliseren. "Er zijn tonnen slimme polymeren en metalen, "Kim zei, waarin hij uitlegt over de vele eigenschappen die hij hoopt te verwerken in nanotechnologie. "Deze nieuwe structuur is samengesteld, wat betekent dat we alle verschillende soorten componenten kunnen mixen." Nu, Kim hoeft alleen maar de juiste nanosheet te bouwen voor elk doel.