Grafeen-kwantumstippen uit gewone steenkool kunnen de basis zijn voor een effectieve antioxidant voor mensen met traumatisch hersenletsel, beroertes of hartaanvallen.

Hun vermogen om oxidatieve stress na dergelijke verwondingen te blussen, is het onderwerp van een onderzoek door wetenschappers van de Rice University, het Texas A&M Health Science Center en de McGovern Medical School van het Health Science Center van de University of Texas in Houston (UTHealth).

Quantum dots zijn halfgeleidende materialen die klein genoeg zijn om kwantummechanische eigenschappen te vertonen die alleen op nanoschaal voorkomen.

Rijstchemicus James Tour, A&M-neuroloog Thomas Kent en UTHealth-biochemicus Ah-Lim Tsai en hun teams vonden de biocompatibele stippen, wanneer gemodificeerd met een gewoon polymeer, zijn effectieve nabootsers van het lichaamseigen superoxide dismutase, een van de vele natuurlijke enzymen die oxidatieve stress onder controle houden.

Maar omdat natuurlijke antioxidanten kunnen worden overweldigd door de snelle productie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) die racen om een ​​blessure te genezen, het team werkt al jaren om te zien of een snelle injectie van reactieve nanomaterialen de nevenschade die deze vrije radicalen aan gezonde cellen kunnen veroorzaken, kan beperken.

Een eerdere studie van het trio toonde aan dat hydrofiele clusters die zijn gemodificeerd met polyethyleenglycol (PEG) om hun oplosbaarheid en biologische stabiliteit te verbeteren, effectief zijn in het doven van oxidatieve stress, als een enkel nanodeeltje het vermogen had om duizenden ROS-moleculen te neutraliseren.

"Door onze eerdere nanodeeltjes te vervangen door van steenkool afgeleide kwantumstippen, is het veel eenvoudiger en goedkoper om deze potentieel therapeutische materialen te produceren. " zei Tour. "Het opent de deur naar gemakkelijker toegankelijke therapieën."

Tests op cellijnen toonden aan dat een mix van PEG en grafeen quantum dots van gewone steenkool net zo effectief is in het stoppen van schade door superoxide en waterstofperoxides als de eerdere materialen, maar de stippen zelf zijn meer schijfachtig dan de lintachtige clusters.

De resultaten verschijnen in het tijdschrift American Chemical Society ACS toegepaste materialen en interfaces .

Het Tour-lab haalde in 2013 voor het eerst kwantumdots uit steenkool en rapporteerde over hun potentieel voor medische beeldvorming, voelen, elektronische en fotovoltaïsche toepassingen. Een daaropvolgende studie toonde aan hoe ze kunnen worden ontworpen voor specifieke halfgeleidende eigenschappen.

In de nieuwe studie de onderzoekers evalueerden de elektrochemische, chemische en biologische activiteit. Het Rice-lab heeft kwantumdots chemisch geëxtraheerd uit goedkope bitumineuze en antracietkolen, gemodificeerde ze met het polymeer en testten hun capaciteiten op levende cellen van knaagdieren.

De resultaten toonden aan dat quantum dot-doses in verschillende concentraties zeer effectief waren in het beschermen van cellen tegen oxidatie, zelfs als de doses 15 minuten werden uitgesteld nadat de onderzoekers schadelijk waterstofperoxide aan de celkweekschalen hadden toegevoegd.

de schijfachtige, Bitumineuze quantum dots van 3-5 nanometer zijn kleiner dan de antraciet dots van 10-20 nanometer. De onderzoekers ontdekten dat het beschermingsniveau voor beide soorten deeltjes dosisafhankelijk was, maar dat de grotere van antraciet afgeleide stippen meer cellen beschermden bij lagere concentraties.

"Hoewel ze allebei in cellen werken, in leven, de kleinere zijn effectiever, " zei Tour. "De grotere hebben waarschijnlijk ook moeite om toegang te krijgen tot de hersenen."