Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

W laboratoriach Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego powstał samonaprawiający się hydrożel, który z pewnością znajdzie zastosowanie w medycynie, np. w funkcji szwów czy transporterów leków, oraz przemyśle. Na zasadzie zamka błyskawicznego żel wiąże się w ciągu zaledwie kilku sekund, w dodatku na tyle mocno, że wytrzyma wielokrotne rozciąganie.

Hydrożele powstają z łańcuchów polimeru. Ponieważ są galaretowate, przypominają tkanki miękkie. Wcześniej naukowcy nie potrafili uzyskać błyskawicznie samonaprawiających się żeli, co ograniczało ich zastosowania. Zespół Shyni Varghese poradził sobie z tym wyzwaniem, wykorzystując wolne łańcuchy boczne. Wystają one ze struktury pierwotnej (pierwszorzędowej) jak palce z dłoni i mogą się o siebie zaczepiać.

Samonaprawa to jedna z podstawowych właściwości tkanek żywych, która pozwala im przetrwać powtarzające się uszkodzenia. Nic więc dziwnego, że akademicy nie ustawali w próbach stworzenia sztucznego materiału o podobnych zdolnościach.

Podczas projektowania cząsteczek łańcuchów bocznych zespół korzystał z symulacji komputerowych. Ujawniły one, że zdolność hydrożelu do samonaprawy zależy od długości "palców". Kiedy w kwasowym roztworze umieszczano dwa cylindry z hydrożelu z łańcuchami bocznymi o optymalnej długości, natychmiast do siebie przywierały. Dalsze eksperymenty pokazały, że manipulując pH roztworu, kawałki hydrożelu można łatwo spajać (niskie pH) lub odłączać (wysokie pH). Proces wielokrotnie powtarzano, bez szkody dla siły związania.

Ameya Phadke, doktorantka z laboratorium Varghese, podkreśla, że elastyczność i wytrzymałość hydrożelu w kwaśnym środowisku, takim jak w żołądku, pozwala myśleć o tym materiale w kontekście łatania perforacji żołądka czy kontrolowanego dostarczania leków na wrzody.

Zespół uważa, że samonaprawiający się materiał można by wykorzystać w likwidowaniu przecieków kwasów z uszkodzonych pojemników. Gdy w plastikowym pojemniku wycięto otwór, hydrożel ją zatkał i zahamował wypływ kwasu.

W przyszłości Amerykanie zamierzają uzyskać hydrożele działające przy innych niż kwasowe wartościach pH.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) we współpracy z Wydziałem Chemicznym Politechniki Warszawskiej opracowali nową, bezrozpuszczalnikową metodę enkapsulacji cząsteczek leków w materiałach porowatych typu MOF (ang. Metal-Organic Framework).
      W obecnych czasach przemysł farmaceutyczny kładzie duży nacisk na poszukiwanie nowych form nośników leków, które usprawniłyby ich precyzyjność i pozwoliły kontrolować czas uwalniania. Ze względu na dużą powierzchnię właściwą i możliwość dostosowania kształtu, wielkości i funkcjonalności porów, bardzo obiecującą klasą materiałów, które mogą stanowić platformę do przenoszenia leku w organizmie, są organiczno-nieorganiczne hybrydowe materiały typu MOF. Stosowane obecnie metody wypełniania porów materiałów MOF cząsteczkami leku polegają na nasączaniu uprzednio zsyntezowanego i aktywowanego materiału MOF w odpowiednio przygotowanych roztworach leków. Ta z pozoru prosta czynność jest czasochłonna i obejmuje pojedyncze operacje: syntezę i aktywację materiału MOF, nasączanie, przemywanie i suszenie. Otrzymane w ten sposób materiały mają mniejszą pojemność niż obecnie stosowane nośniki leków - mezoporowate krzemionki czy nośniki organiczne.
      Od wielu lat mój Zespół prowadzi intensywne badania nad projektowaniem i syntezą molekularnych prekursorów oraz ich kontrolowaną transformacją do hybrydowych materiałów funkcjonalnych. Realizujemy to strategią typu "bottom-up", wykorzystując zarówno klasyczne metody rozpuszczalnikowe, jak i przyjazne środowisku metody mechanochemiczne - mówi prof. Janusz Lewiński.
      Naukowcy z IChF PAN we współpracy z kolegami z Wydziału Chemicznego PW opracowali nową, prostą i bezrozpuszczalnikową metodę enkapsulacji leków w materiałach typu MOF, w której zastosowany kompleks metalu działa zarówno jako prekursor leku, jak i element budulcowy materiału MOF. Według naukowców, wykorzystanie tej metody pozwoliło w sposób znaczący usprawnić enkapsulację cząsteczek leku w materiałach typu MOF oraz otworzyć drogę do otrzymywania wielu innych kompozytów typu "lek@MOF".
      To jest szybka i prosta procedura, w której reakcja mechanochemiczna bez użycia rozpuszczalnika pozwala na otrzymanie kompozytu "lek@MOF" nawet w 20 min - mówi dr Daniel Prochowicz, współautor pracy.
      Synteza mechanochemiczna jest bardzo prosta. Do przeprowadzenia reakcji potrzebujemy stałych prekursorów i elektrycznego młyna. Podczas mielenia substratów siła mechaniczna robi za nas całą robotę - mówi Jan Nawrocki, doktorant w grupie prof. Lewińskiego oraz pierwszy autor publikacji.
      Naukowcy podkreślają, że opracowana przez nich metoda z użyciem miedziowego klastera ibuprofenowego jest dopiero początkiem badań nad bardziej biokompatybilnymi materiałami, opartymi między innymi na cyrkonie i żelazie.
      Droga, która pozwoli na wykorzystanie materiałów typu MOF w przemyśle farmaceutycznym, jest zapewne długa i kręta, jednak jeśli zostaną one wprowadzone na rynek, to nasza metoda, ze względu  na swoją prostotę wytwarzania, będzie bardzo korzystna z ekonomicznego  punktu widzenia - mówi Prochowicz.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      By zapobiec fałszowaniu leków, tabletkom czy kapsułkom nadaje się unikatowe kształty i kolory. Stosowane są też różne oznaczenia czy charakterystyczne opakowania. Nie na wiele się to jednak zdaje, bo zgodnie z oszacowaniami, sfałszowane leki stanowią co najmniej 10% globalnego rynku farmaceutycznego. Powodują one znaczne straty na rynku farmaceutycznym, a niekiedy zagrażają zdrowiu i życiu pacjentów.
      Naukowcy z Purdue University wpadli na pomysł, by jako zabezpieczenie wdrożyć jadalne fizycznie nieklonowalne funkcje PUF (ang. Physical Unclonable Function), które dotąd znaliśmy z zastosowań elektroniczno-informatycznych.
      Jadalne PUF zespołu Younga Kima są cienkimi filmami. Ponieważ są w 100% białkowe, można je spożywać jako część tabletki bądź kapsułki.
      PUF cechuje zdolność generowania innej odpowiedzi przy każdej stymulacji, przez co są one nieprzewidywalne i skrajnie trudne do duplikowania. Jak tłumaczą autorzy artykułu z pisma Nature Communications, nawet producent nie mógłby stworzyć drugiego identycznego znacznika PUF.
      Oświetlanie znacznika LED-ami generuje odpowiedzi, które są używane do wyekstrahowania klucza bezpieczeństwa. Źródłem entropii są losowo rozmieszczone fluorescencyjne mikrocząstki jedwabiu.
      Naukowcy wykorzystali 4 białka fluorescencyjne (eCFP, eGFP, eYFP i mKate2), które mają specyficzne szczyty wzbudzenia i emisji w paśmie światła widzialnego. Amerykanie posłużyli się jedwabiem z ekspresją białek fluorescencyjnych, produkowanym przez transgeniczne jedwabniki. Później sporządzano wodny roztwór fluorescencyjnej fibroiny, przeprowadzano liofilizację i delikatne rozdrabnianie do mikrocząstek o kształcie zeolitu (miały one rozmiar 99,3 ± 7,9 μm). W kolejnym etapie fluorescencyjne mikrocząstki rozsypywano po dużej płaskiej powierzchni i "zalewano" roztworem fibroiny.
      Całość musi schnąć w ciemności w temperaturze otoczenia. Na koniec wystarczy przezroczysty film o grubości 150 μm podzielić na kwadraty. Co ważne, proces da się przeskalować do masowej produkcji.
      Choć po regeneracji fluorescencyjnego jedwabiu poszczególnych rodzajów cząstek nie dało się, oczywiście, rozróżnić gołym okiem, zachowywały one swoje fluorescencyjne właściwości; po oświetleniu białym światłem eCFP, eGFP, eYFP i mKate2 dają niebieski, zielony, żółty i czerwony kolor.
      Obecnie ekipa pracuje nad aplikacją na smartfony dla aptek i konsumentów. Nasz pomysł jest taki, by wykorzystać smartfon do oświetlenia tagu i zrobienia mu zdjęcia. Następnie aplikacja identyfikuje lek jako autentyczny bądź podrobiony - opowiada dr Jung Woo Leem.
      Leem dodaje, że tag działa przez co najmniej 2 miesiące bez degradacji białek. Teraz Amerykanie muszą potwierdzić, że trwałość znacznika może dorównać okresowi przydatności do spożycia leku i że nie wpływa on na kluczowe składniki (substancje aktywne) lub ich moc.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chińscy naukowcy opracowali hydrożel, który skutecznie hamuje krwawienie z przebitej tętnicy.
      Na łamach Nature Communications opisano proces pozyskania hydrożelu oraz jego testy na zwierzętach.
      Niekontrolowane krwawienie jest niebezpieczną sytuacją zarówno w czasie operacji, jak i po doznaniu urazu. W większości przypadków jest ono wynikiem uszkodzenia głównej tętnicy albo jakiegoś narządu, np. wątroby. By ofiara nie zmarła, konieczne jest natychmiastowe działanie. Obecne leczenie polega na założeniu zacisku, a następnie szwów.
      W przeszłości naukowcy próbowali opracować kleje do takich ran, ale nie sprawowały się one tak dobrze, jak oczekiwano: albo były wyprodukowane z toksycznych materiałów, albo nie wytrzymywały wysokiego ciśnienia cieczy w krwiobiegu. Chińczycy uzyskali jednak ostatnio hydrożel, który rozwiązuje oba wymienione problemy.
      W założeniu hydrożel miał w jak największym stopniu przypominać budowę ludzkiej tkanki łącznej. Po oświetleniu ultrafioletem (UV) gęstnieje, przywierając do rany (w ten sposób zapobiega wypływaniu krwi). Wszystko to dzieje się w ciągu zaledwie 20-30 sekund. Naukowcy podkreślają, że nowy materiał wytrzymuje ciśnienie do 290 mmHg, a więc o wiele wyższe od normalnego.
      Hydrożel testowano na przebitej tętnicy szyjnej świni. Okazało się, że nie tylko zamknął on ranę, ale i umożliwił wygojenie rany. Testy przeprowadzone po 2 tygodniach wykazały niewielką martwicę i stan zapalny albo całkowity ich brak. Biokompatybilny materiał rozkładał się w organizmie, nie powodując skutków ubocznych.
      Hydrożel przetestowano także na króliku. Tutaj za jego pomocą naprawiono tętnicę udową oraz uszkodzenie wątroby.
      Naukowcy podkreślają, że przed testami na ludziach trzeba lepiej ocenić bezpieczeństwo nowego materiału.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z MIT-u stworzyli przypominającą galaretkę pigułkę, która po dotarciu do żołądka pęcznieje i osiąga wielkość piłeczki do ping-ponga. Elastyczna pigułka jest wyposażona w czujnik, który nieprzerwanie monitoruje temperaturę żołądka nawet przez 30 dni. W przyszłości sensory będą mogły mierzyć inne parametry, np. pH.
      Gdy pigułka ma być usunięta, pacjent musi wypić roztwór wapnia, pod wpływem którego skurczy się ona do pierwotnych rozmiarów. Potem zostaje bezpiecznie wydalona.
      Jak ujawniają autorzy artykułu z pisma Nature Communications, pigułka jest wykonana z 2 typów hydrożelu. Dzięki temu może ona szybko pęcznieć i jednocześnie być odporna na kwaśne środowisko żołądka.
      Ponieważ w pigułkach wykorzystano hydrożel, jest ona delikatniejsza, bardziej biokompatybilna i bardziej wytrzymała niż stosowane dotąd "połykalne" sensory, które albo mogły pozostawać w żołądku zaledwie parę dni, albo były o wiele sztywniejsze od tkanki układu pokarmowego.
      Spełnieniem marzeń jest galaretowata inteligentna pigułka, która po połknięciu pozostaje w żołądku i monitoruje stan zdrowia pacjenta przez długi czas, np. miesiąc - podkreśla prof. Xuanhe Zhao.
      Pęczniejące pigułki z MIT-u są inspirowane rozdymkami (przestraszone bądź zaatakowane ryby z tej rodziny zwiększają rozmiary ciała przez napompowanie wodą lub powietrzem).
      Obecnie, gdy ludzie próbują projektować pęczniejące żele, zazwyczaj wykorzystują dyfuzję, pozwalając, by woda stopniowo przenikała do hydrożelowej sieci. Osiągnięcie rozmiarów piłeczki pingpongowej zajmuje jednak godziny, a nawet dni. To znacznie przekracza czas opróżniania żołądka - opowiada Shaoting Lin.
      Zespół z MIT-u chciał więc stworzyć pigułkę hydrożelową, która "nadmucha się" o wiele prędzej, w tempie porównywalnym do zaskoczonej rozdymki.
      Owocem intensywnych prac jest galaretowata pigułka złożona z 2 hydrożelowych materiałów. W środku znajduje się rdzeń z poliakrylanu sodu, który potrafi wiązać znaczne ilości wody, do kilkuset razy więcej niż wynosi jego masa (jest on wykorzystywany w pieluszkach jednorazowych).
      Ponieważ Amerykanie zauważyli, że gdy pigułka jest zbudowana tylko z tego polimeru, w żołądku ulega szybkiemu rozkładowi, postanowili dodać 2. ochronną warstwę hydrożelową, która miała enkapsulować błyskawicznie pęczniejące cząstki. Jest ona zbudowana z krystalicznych nanołańcuchów, tworzących niemal nieprzenikalną warstwę.
      By przerwać tę błonę, trzeba by się przebić przez wiele krystalicznych domen. Dzięki temu hydrożel jest bardzo wytrzymały, a jednocześnie miękki - wyjaśnia Lin.
      Podczas testów zespół zanurzał pigułkę w różnych roztworach przypominających soki trawienne. Okazało się, że w ok. 15 min powiększała się ona 100-krotnie. Po napęcznieniu miała konsystencję tofu czy galaretki.
      By ocenić wytrzymałość pigułki, ściskano ją tysiące razy z siłą przekraczającą to, czego może doświadczyć podczas zwykłych skurczów żołądka.
      Okazało się, że nawet jeśli zrobimy w membranie drobne nacięcie, a później będziemy całość rozciągać i ściskać tysiące razy, rozcięcie się nie powiększy. Nasz dizajn jest bardzo wytrzymały.
      W dalszej kolejności ustalono, że roztwór z jonami wapnia (o stężeniu wyższym niż w przypadku mleka), może obkurczyć pigułkę.
      Na końcu Giovanni Traverso i Christoph Steiger wbudowali w kilka pigułek dostępne w handlu czujniki temperatury. Pigułki podano świniom, których przewód pokarmowy przypomina ludzki. Po ich wydobyciu z kału stwierdzono, że do 30 dni dokładnie monitorowały one wzorce aktywności zwierząt.
      Amerykanie sądzą, że w przyszłości taka hydrożelowa pigułka będzie dostarczać wiele różnych czujników, np. do monitorowania pH czy stwierdzania obecności bakterii i wirusów. Niewykluczone, że wbudowywane będą także minikamery do obrazowania guzów czy wrzodów. Zhao sugeruje, że pigułka mogłaby też stanowić wygodniejszą alternatywę dla balonu żołądkowego, stosowanego w leczeniu otyłości.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z Rutgers University opracowali drukowany w 3D inteligentny hydrożel, który "chodzi" pod wodą, chwyta różne obiekty i je przemieszcza.
      Naukowcy twierdzą, że może to doprowadzić do uzyskania przypominających morskie zwierzęta, np. ośmiornice, miękkich robotów, które przemieszczają się pod wodą. Wspominają też o sztucznym sercu, żołądku i innych mięśniach, a także urządzeniach diagnostycznych, wykrywających i dostarczających leki czy przeprowadzających podwodne inspekcje.
      Miękkie materiały są często tańsze w produkcji. W porównaniu do bardziej złożonych mechanicznie twardych urządzeń, te miękkie łatwiej zaprojektować, miniaturyzować i kontrolować.
      Nasz drukowany w 3D inteligentny żel ma duży potencjał w zakresie inżynierii biomedycznej, bo przypomina tkanki ludzkiego ciała, które także zawierają dużo wody i są bardzo miękkie. Oprócz tego można go wykorzystywać w wielu rodzajach podwodnych urządzeń [...] - opowiada Howon Lee.
      Badanie, którego wyniki ukazały się w piśmie ACS Applied Materials & Interfaces, koncentruje się na drukowanym hydrożelu, który po aktywowaniu prądem przemieszcza się i zmienia kształt.
      Hydrożel umieszcza się w elektrolicie. Za wywołanie ruchu - marsz do przodu, zmianę kierunku, chwytanie i przesuwanie obiektów - odpowiadają dwa przewodzące prąd druciki.
      Wydrukowany przez zespół Lee ludzik ma około cala (25,4 mm) wysokości. Prędkością przemieszczania się hydrożelu manipulowano, zmieniając jego wymiary (cieńszy rusza się szybciej). Zmiany kształtu zależą od stężenia roztworu i natężenia pola elektrycznego. Ponieważ miękki materiał zawiera ponad 70% wody i reaguje na stymulację elektryczną, wg Lee, przypomina mięśnie.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...