Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Biointerface является областью контакта между биомолекулой, клеткой , биологической тканью или живым организмом или органическим материалом , рассматриваемым с другим живым биоматериалом или неорганическим / органическим материалом. Мотивация к науке о биоинтерфейсах проистекает из насущной необходимости улучшить понимание взаимодействий между биомолекулами и поверхностями. Поведение сложных макромолекулярных систем на границах раздела материалов важно в областях биологии , биотехнологии , диагностики и медицины. Биоинтерфейсная наука - это мультидисциплинарная область, в которой биохимики, синтезирующие новые классы биомолекул ( пептидные нуклеиновые кислоты, пептидомиметики , аптамеры , рибозимы и сконструированные белки ) сотрудничают с учеными, которые разработали инструменты для позиционирования биомолекул с молекулярной точностью (методы проксимального зонда, нано- и микроконтактные методы, электронно-лучевая и рентгеновская литография , -сборка), ученых, которые разработали новые спектроскопические методы для исследования этих молекул на границе твердое тело-жидкость, и людей, которые интегрируют их в функциональные устройства (прикладные физики, химики-аналитики и биоинженеры ). [1]

Темы, представляющие интерес, включают, но не ограничиваются:

Связанные области биоинтерфейсов - биоминерализация , биосенсоры , медицинские имплантаты и так далее.

Интерфейсы наноструктуры [ править ]

Нанотехнологии - это быстро развивающаяся область, которая позволила создать множество различных возможностей для создания биоинтерфейсов. Наноструктуры , которые обычно используются для биоинтерфейсов, включают: металлические наноматериалы, такие как наночастицы золота и серебра , полупроводниковые материалы, такие как кремниевые нанопроволоки , углеродные наноматериалы и нанопористые материалы. [2] Благодаря множеству свойств, уникальных для каждого наноматериала, таких как размер, проводимость и конструкция, были достигнуты различные применения. Например, наночастицы золота часто функционализируют , чтобы действовать как средства доставки лекарств от рака, потому что их размер позволяет им пассивно собираться на участках опухоли.[3] Также, например, использование кремниевых нанопроволок в нанопористых материалах для создания каркасов для синтетических тканей позволяет контролировать электрическую активность и электрическую стимуляцию клеток в результате фотоэлектрических свойств кремния. [4] Ориентацию биомолекул на границе раздела также можно контролировать с помощью модуляции таких параметров, как pH, температура и электрическое поле. Например, ДНК, привитую на золотые электроды, можно заставить приближаться к поверхности электрода при приложении потенциала положительного электрода, и, как объяснил Рант и др. [5], это можно использовать для создания интеллектуальных интерфейсов для биомолекулярного обнаружения. Аналогичным образом, Сяо Ма и другие, [6]обсудили электрический контроль связывания / отсоединения тромбина от аптамеров, иммобилизованных на электродах. Они показали, что при приложении определенных положительных потенциалов тромбин отделяется [7] от биоинтерфейса.

Интерфейсы из кремниевых нанопроволок [ править ]

Кремний является обычным материалом, используемым в технологической промышленности из-за его большого количества, а также его свойств как полупроводника. Однако массовая форма, используемая для компьютерных микросхем и т.п., не способствует созданию биоинтерфейсов. Для этих целей часто используются кремниевые нанопроволоки (КНН). Различные методы роста и состава КНН, такие как травление , химическое осаждение из газовой фазы и легирование , позволяют настраивать свойства КНН для уникальных приложений. [8]Одним из примеров такого уникального использования является то, что SiNW можно использовать в качестве отдельных проводов для внутриклеточных зондов или внеклеточных устройств, или SiNW можно преобразовать в более крупные макроструктуры. Эти структуры можно преобразовать в гибкие трехмерные макропористые структуры (например, упомянутые выше каркасы), которые можно использовать для создания синтетических внеклеточных матриц . В случае Tian et al., Кардиомиоциты выращивали на этих структурах как способ создания синтетической тканевой структуры, которую можно было бы использовать для мониторинга электрической активности клеток на каркасе. [4] Устройство, созданное Тианом и др. использует тот факт, что SiNW представляют собой устройства на основе полевых транзисторов (FET). Устройства на полевых транзисторах реагируют наэлектрические потенциальные заряды на поверхности устройства или, в данном случае, на поверхности КНН. Будучи на полевые транзисторы устройство также может быть принято преимуществом при использовании в качестве одиночного SiNWs биодатчиков устройств. Датчики SiNW представляют собой нанопроволоки, которые содержат на своей поверхности специфические рецепторы, которые при связывании с соответствующими антигенами вызывают изменения проводимости . Эти сенсоры могут быть вставлены в клетки с минимальной инвазивностью, что делает их в некоторых отношениях предпочтительнее традиционных биосенсоров, таких как флуоресцентные красители, а также других наночастиц, требующих маркировки мишеней. [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Биоинтерфейсы , редакторы: Дитмар Хутмахер, Войцех Хшановски, Королевское химическое общество, Кембридж, 2015 г., https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78262-845-3
  2. ^ Чен, Да; Ван, Гэн; Ли, Цзинхун (2007). "Межфазная биоэлектрохимия: изготовление, свойства и применение функциональных наноструктурированных биоинтерфейсов". Журнал физической химии C . 111 (6): 2351–2367. DOI : 10.1021 / jp065099w .
  3. ^ Dreaden, Эрик C; Остин, Лорен А; Макки, Меган А; Эль-Сайед, Мостафа А (26 января 2017 г.). «Размер имеет значение: наночастицы золота в адресной доставке лекарств от рака» . Терапевтическая доставка . 3 (4): 457–478. DOI : 10,4155 / tde.12.21 . ISSN 2041-5990 . PMC 3596176 . PMID 22834077 .   
  4. ^ а б Тиан, Божи; Лю, Цзя; Двир, Тал; Цзинь, Лихуа; Цуй, Джонатан Х .; Цин, Цюань; Суо, Чжиган; Лангер, Роберт; Кохане, Дэниел С. (01.11.2012). «Макропористые нанопроволочные наноэлектронные каркасы для синтетических тканей» . Материалы природы . 11 (11): 986–994. Bibcode : 2012NatMa..11..986T . DOI : 10.1038 / nmat3404 . ISSN 1476-1122 . PMC 3623694 . PMID 22922448 .   
  5. ^ Rant, U .; Аринага, К .; Scherer, S .; Pringsheim, E .; Fujita, S .; Yokoyama, N .; Торнов, М .; Абстрайтер, Г. (2007). «Переключаемые интерфейсы ДНК для высокочувствительного обнаружения ДНК-мишеней без меток» . Труды Национальной академии наук . 104 (44): 17364–17369. Bibcode : 2007PNAS..10417364R . DOI : 10.1073 / pnas.0703974104 . PMC 2077262 . PMID 17951434 .  
  6. ^ Ма, Сяо; Госай, Агниво; Шротрия, Пранав (2020). «Разрешение электрического стимула запускало молекулярное связывание и модуляцию силы на биоинтерфейсе тромбин-аптамер». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 559 : 1–12. DOI : 10.1016 / j.jcis.2019.09.080 . PMID 31605780 . 
  7. ^ Госай, Агниво; Ма, Сяо; Баласубраманян, Ганеш; Шротрия, Пранав (2016). «Связывание / расцепление человеческого комплекса тромбин-аптамер, контролируемое электрическим стимулом» . Научные отчеты . 6 : 37449. Bibcode : 2016NatSR ... 637449G . DOI : 10.1038 / srep37449 . PMC 5118750 . PMID 27874042 .  
  8. ^ Coffer, JL (2014). «Обзор полупроводниковых кремниевых нанопроволок для биомедицинских приложений». Полупроводниковые кремниевые нанопроволоки для биомедицинских приложений . С. 3–7. DOI : 10.1533 / 9780857097712.1.3 . ISBN 9780857097668.
  9. ↑ Чжан, Го-Цзюнь; Нин, Юн (2012-10-24). «Биосенсор на основе кремниевых нанопроволок и его применение в диагностике заболеваний: обзор». Analytica Chimica Acta . 749 : 1–15. DOI : 10.1016 / j.aca.2012.08.035 . PMID 23036462 .