Nanogeliai ir jų pagrindinės savybės (0)
Tęsiame pasakojimą apie hidrogelius ir jų savybes. Priminsime, jog pirmąjį skaidrųjį hidrogelį, kuris sugėręs vandenį virsdavo standžiu ir lanksčių produktu, susintetino 1960 m. čekų mokslininkas Otto Wichterle. Nuo to laiko mokslas nemažai pasistūmėjo į priekį tyrinėdamas hidrogelių savybes ir jų panaudojimo galimybes.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Jeigu dar neskaitėte įvadinio straipsnio apie hidrogelius, tą galite padaryti paspaudę šią nuorodą.
Tiagi, kuo pasižymi hidrogeliai? Hidrogelių efektyvumas vertinamas ne tik pagal gebėjimą sugerti vandenį, jo mechanines savybes, tačiau ir pagal laiką, per kurį jis reaguoja į išorinį poveikį – išbrinkdamas arba susitraukdamas.
Japonų mokslininkas T. Tanaka kartu su kolegomis iš teorinių ir eksperimentinių rezultatų nustatė priklausomybę [Tanaka T, Fillmore DJ (1979) J Chem Phys 70:1214, Tanaka T, Sato E, Hirokawa Y, Hirotsu S, Peetermans J (1985) Phys Rev Lett 55:2455, Sato-Matsuo E, Tanaka T (1988) J Chem Phys 89:1695)], siejančią hidrogelio atsako laiką su jo linijiniais parametrais:
čia τ- laikas per kurį hidrogelis išbrinksta arba sutraukia, l –sferinio hidrogelio spindulys, D - tinklo kolektyvinės difuzijos koeficientas
T. Tanaka nustatė, kad hidrogelio atsako į išorinį poveikį laikas yra proporcingas sferinės hidrogelio dalelės spinduliui. Kuo sferinio hidrogelio spindulys bus mažesnis, tuo greičiau vyks jo brinkimas arba susitraukimas.
Norint hidrogelius naudoti biologinėse sistemose, būtina atsižvelgti taip pat ir į histologinius tyrimus. Histologiniai tyrimai teigia, kad pro submukosalinį sluoksnį difunduoja dalelės, kurių dydis yra mažesnis arba lygus 100 nm. Didesnės dalelės ( 500 – 10 μm) koncentruojasi epitelinių sluoksnių sienelėse. Tam gali pasitarnauti gali nanotechnologijų produktas – hidrogeliai, kurių dydis kinta nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų nanometrų, vadinami nanogeliais.
Nanogeliai – unikali hidrogelių grupė, kuria būdingas hidrofobiškumas. Juos sudaro vandenyje tirpių polimerų, kuriems būdinga amino grupių gausą, grandys, tarpusavyje sujungtos skersiniais cheminiais ryšiais. Tarp polimero grandžių veikianti tarpmolekulinė sąveika suteikia nanogeliams ypatingas savybes, kurios nebūdingos panašaus molekulinio svorio linijiniams polimerams. Tai – stabili vidinio tinklo struktūra vandenyje ir fiziologiniuose tirpaluose, didelis dispersiškumas, paviršinis plotas, gebėjimas tirpti hidrofobiniuose tirpaluose (pvz. vaistai), gebėjimas priimanti kitus polimerinius bei kitų aktyvių cheminių junginių įskiepus, kurie suteikia jam selektyvumą, gebėjimas sugerti ne tik didelį kiekį vandens ( iki 95%), bet ir didelę grupę terapinių vaistų ir DNR, mažos molekulinės masės farmacinius ir diagnostinius agentus, gebėjimas sugerti toksines medžiagas, Ni+, Co+ jonus nutekamuosiuose vandenyse, radioaktyvius elementus, naftos produktus, išskirtinai mazutą, cheminius dažus ir kt. ekosistemai pavojingus produktus.
Nanogelių puikios mechaninės savybės (elastingumas, standumas) bei labai greitas atsakas į fizikinius ir cheminius veiksnius. Kadangi nanogeliai yra daugelio mokslų ir žmogaus intelekto sukurtas produktas, jam sintetinti galima naudoti tiek gamtinius, tiek sintetinius vandenyje tirpius polimerus. Nanogelių savybės priklauso ir nuo pasirinkto polimero monomero grandinėlių. Jos lemia cheminių medžiagų, terapinių ir chemoterapinių vaistų pernešimo ir paleidimo mechanizmą. Cheminių medžiagų, nanodalelių, magnetinių ir kitų produktų sugertį nanogelyje lemia silpnosios vandeniliškosios jungtis arba van de Valso jėgos. Žinoma, kad nanogelių savybės įtakoja temperatūra, pH, elektrinis laukas. UV, gama spinduliuotė. Pateiksime keletą pavyzdžių.
Kai temperatūrai jautrus nanogelis šildomas jis traukiasi, o kai šaldomas jis vėl išbrinksta. Nanogelius paveikus elektriniu lauku, jie susitraukia, o pašalinus išbrinksta.
Nanogeliai gali būti ne tik homogeniški, jų paviršius modifikuotas aktyviomis grupėmis, bet taip pat būti kopolimeriniai, praturtinti magnetinėmis nanodalelėmis, kvantiniais taškais, kitomis liuminescuojančiomis medžiagomis, anglies nanovamzdeliais, visuomenėje daug dėmesio ir diskusijų sulaukusiomis Au, Ag nanodalelėmis. Kadangi galima formuoti ne tik pavienius nanogelius, juos aktyvuoti, tai galima formuoti jų tinklinius gelius.Nors tyrimai vykdomi nanogelių sintezės, saugojimo bei panaudojimo srityje jau vykdomi daugiau nei dešimtmetį, tačiau vis dar atrandamos naujos iki šiol nežinomos nanogelių fizikinės savybės, vis dar laukiama patikimų rezultatų apie in-vivo nanogelių elgseną biologinėse sistemose. Tačiau jau šiandien yra sektini nanogelių panaudojimo praktikoje pavyzdžiai. Kai kuriuos apžvelgsime plačiau, tačiau jau sekančioje straipsnio dalyje.
KTU Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (buvusio Fundamentaliųjų mokslų fakulteto)
Fizikos katedros
Docentė dr. Judita Puišo