Nanopartikler Anvendt i bioteknologi

Omfattende biblioteker af nanopartikler, der er sammensat af et udvalg af forskellige størrelser, former og materialer, og med forskellige kemiske og overfladeegenskaber, er allerede konstrueret. Nanoteknologiens felt er under konstant og hurtig vækst, og nye tilføjelser fortsætter med at supplere disse biblioteker. Nedenstående klasser af nanopartikler er alle meget generelle og multifunktionelle, men nogle af deres grundlæggende egenskaber og nuværende kendte anvendelser inden for bioteknologi, og især nanomedicin, beskrives her.

- 9 ->

Klasser af nanopartikler

• Fullerenes: Buckyballs og kulstofrør
  Begge medlemmer af fullerenkonstruktionsklassen, buckyballs og carbonrør er carbonbaserede, gitterlignende, potentielt porøse molekyler.
• Flydende krystaller
  Farmaceutiske krystaller er sammensat af organiske flydende krystalmaterialer, som efterligner naturligt forekommende biomolekyler som proteiner eller lipider. De betragtes som en meget sikker metode til levering af lægemidler og kan målrette mod bestemte områder af kroppen, hvor væv er betændt, eller hvor tumorer findes.
• Liposomer
  Liposomer er lipidbaserede flydende krystaller, der anvendes i vidt omfang inden for den farmaceutiske og kosmetiske industri på grund af deres evne til at bryde ned i cellerne, når deres leveringsfunktion er blevet opfyldt. Liposomer var de første konstruerede nanopartikler, der blev brugt til lægemiddellevering, men problemer som deres tilbøjelighed til at smelte sammen i vandige omgivelser og frigøre deres nyttelast, har ført til udskiftning eller stabilisering ved hjælp af nyere alternative nanopartikler.

Nanoshells er kugleformede kerner af en bestemt forbindelse omgivet af en shell eller ydre belægning af en anden, som er få nanometer tyk.

• Quantum dots
  Også kendt som nanokrystaller, er kvantepunkter nanoserede halvledere, som afhængigt af deres størrelse kan udstråle lys i alle regnbuens farver. Disse nanostrukturer begrænser ledningsbåndelektroner, valensbåndshuller eller excitoner i alle tre rumlige retninger. Eksempler på kvantepunkter er halvleder nanokrystaller og nanokrystaller med kerne-shell, hvor der er en grænseflade mellem forskellige halvledermaterialer. De er blevet anvendt i bioteknologi til celle mærkning og billeddannelse, især i kræftbilledstudier.
• Superparamagnetiske nanopartikler
  Superparamagnetiske molekyler er dem, der er tiltrukket af et magnetfelt, men beholder ikke den resterende magnetisme, efter at feltet er fjernet. Nanopartikler af jernoxid med diametre i området 5-100 nm er blevet anvendt til selektive magnetiske bioseparationer. Typiske teknikker involverer belægning af partiklerne med antistoffer mod celle-specifikke antigener til adskillelse fra den omgivende matrix.

Anvendes i membrantransportundersøgelser, anvendes superparamagnetiske jernoxid nanopartikler (SPION) til lægemiddelafgivelse og gentransfektion. Målrettet levering af lægemidler, bioaktive molekyler eller DNA-vektorer er afhængig af anvendelsen af ​​en ekstern magnetisk kraft, der accelererer og styrer deres fremgang mod målvævet. De er også nyttige som MR-kontrastmidler.

• Dendrimere
  Dendrimere er stærkt forgrenede strukturer, der opnår bred anvendelse i nanomedicin på grund af de multiple molekylære "kroge" på deres overflader, der kan anvendes til at vedhæfte celleidentifikationsmærker, fluorescerende farvestoffer, enzymer og andre molekyler. De første dendritiske molekyler blev produceret omkring 1980, men interessen for dem er blomstret mere for nylig, da bioteknologiske anvendelser opdages.

Nanorods

• Typisk 1-100 nm i længde, er nanoroder oftest fremstillet af halvledende materialer og anvendt i nanomedicin som billeddannelses- og kontrastmidler. Nanoroder kan fremstilles ved at fremstille små cylindre af silicium, guld eller uorganisk fosfat, blandt andet materialer.
  Nuværende bekymringer over nanopartiklernes sikkerhed har ført til udviklingen af ​​mange nye forskningsfaser. Som følge heraf vokser vores samling af viden om nanopartikelinteraktioner inden for celler stadig hurtigt. Efterhånden som forskningen skrider frem i dette spændende nye bioteknologiske område, bliver nye nanopartikler stadig opdaget, og der findes nye applikationer til nanomedicin.