Biointerfejs - Biointerface

Biointerface jest obszar styku biocząsteczki, komórki , biologicznej tkanki lub żywym organizmie lub materiału organicznego badanym mieszka z innym biomateriału materiału lub nieorganicznej / organicznych. Motywacja do nauki o biointerfejsach wynika z pilnej potrzeby lepszego zrozumienia interakcji między biocząsteczkami a powierzchniami. Zachowanie złożonych układów makromolekularnych na styku materiałów jest ważne w dziedzinach biologii , biotechnologii , diagnostyki i medycyny. Nauka o biointerfejsach to multidyscyplinarna dziedzina, w której biochemicy syntetyzujący nowe klasy biomolekuł ( peptydowe kwasy nukleinowe , peptydomimetyki , aptamery , rybozymy i białka inżynieryjne ) współpracują z naukowcami, którzy opracowali narzędzia do pozycjonowania biomolekuł z molekularną precyzją (metody sond proksymalnych, nano -oraz metody mikrokontaktowe, litografia wiązek elektronowych i rentgenowskich oraz metody samoorganizacji oddolnej), naukowcy, którzy opracowali nowe techniki spektroskopowe do badania tych cząsteczek na granicy faz ciało stałe-ciecz, oraz ludzi, którzy integrują je w funkcjonalne urządzenia (fizycy stosowana, chemicy analitycy i bioinżynierowie ).

Interesujące tematy obejmują między innymi:

• Interfejsy neuronowe
• Komórki w inżynierii mikrośrodowiska i medycynie regeneracyjnej
• Podejścia obliczeniowe i modelowe do biointerfejsów
• Biodetekcja membranowa i membranowa
• Peptydy , węglowodany i DNA na biointerfejsach
• Patogeneza i wykrywanie patogenów
• Molekularnie zaprojektowane interfejsy
• Interfejsy nanorurek / nanocząstek

Dziedziny powiązane z biointerfejsami to biomineralizacja , bioczujniki , implanty medyczne i tak dalej.

Interfejsy nanostruktur

Nanotechnologia to dynamicznie rozwijająca się dziedzina, która pozwoliła na stworzenie wielu różnych możliwości tworzenia biointerfejsów. Nanostruktury powszechnie stosowane w biointerfejsach obejmują: nanomateriały metalowe, takie jak nanocząstki złota i srebra , materiały półprzewodnikowe, takie jak nanodruty krzemowe , nanomateriały węglowe i materiały nanoporowate . Ze względu na wiele właściwości unikalnych dla każdego nanomateriału, takich jak rozmiar, przewodność i konstrukcja, osiągnięto różne zastosowania. Na przykład nanocząstki złota są często funkcjonalizowane , aby działać jako środki dostarczające leki na raka, ponieważ ich rozmiar pozwala im pasywnie gromadzić się w miejscach guza. Również jako przykład zastosowanie nanodrutów krzemowych w materiałach nanoporowatych do tworzenia rusztowań dla tkanek syntetycznych pozwala na monitorowanie aktywności elektrycznej i stymulacji elektrycznej komórek w wyniku właściwości fotoelektrycznych krzemu. Orientację biomolekuł na interfejsie można również kontrolować poprzez modulację parametrów, takich jak pH, temperatura i pole elektryczne. Na przykład DNA przeszczepione na złote elektrody można zbliżyć do powierzchni elektrody po przyłożeniu potencjału elektrody dodatniej i, jak wyjaśnili Rant i wsp., można to wykorzystać do stworzenia inteligentnych interfejsów do wykrywania biomolekularnego. Podobnie Xiao Ma i inni omówili kontrolę elektryczną wiązania/rozwiązywania trombiny z aptamerów unieruchomionych na elektrodach. Wykazali, że po zastosowaniu pewnych dodatnich potencjałów trombina zostaje oddzielona od biointerfejsu.

Interfejsy z nanoprzewodów krzemowych

Krzem jest powszechnie stosowanym materiałem w przemyśle technologicznym ze względu na jego obfitość oraz właściwości półprzewodnikowe. Jednak w postaci masowej stosowanej w chipach komputerowych i tym podobnych nie sprzyjają biointerfejsom. Do tych celów często stosuje się nanodruty krzemowe (SiNW). Różne metody wzrostu i składu SiNW, takie jak wytrawianie , osadzanie chemiczne z fazy gazowej i domieszkowanie , pozwalają na dostosowanie właściwości SiNW do unikalnych zastosowań. Jednym z przykładów tych unikalnych zastosowań jest to, że SiNW można stosować jako pojedyncze przewody do sond wewnątrzkomórkowych lub urządzeń zewnątrzkomórkowych lub można z SiNW manipulować w większe struktury makro. Struktury te można manipulować w elastyczne, trójwymiarowe struktury makropourowe (takie jak wspomniane powyżej rusztowania), które można wykorzystać do tworzenia syntetycznych macierzy zewnątrzkomórkowych . W przypadku Tian i wsp. kardiomiocyty hodowano na tych strukturach jako sposób na stworzenie syntetycznej struktury tkankowej, która mogłaby być wykorzystana do monitorowania aktywności elektrycznej komórek na rusztowaniu. Urządzenie stworzone przez Tian et al. wykorzystuje fakt, że SiNW są urządzeniami opartymi na tranzystorach polowych (FET). Urządzenia FET reagują na ładunki potencjału elektrycznego na powierzchni urządzenia lub w tym przypadku na powierzchni SiNW. Bycie urządzeniem FET może być również wykorzystane podczas używania pojedynczych SiNW jako urządzeń bioczujnikowych . Czujniki SiNW to nanoprzewody, które zawierają na swojej powierzchni specyficzne receptory, które po związaniu z odpowiednimi antygenami powodują zmiany przewodnictwa . Czujniki te mogą być wprowadzane do komórek z minimalną inwazyjnością, co czyni je pod pewnymi względami lepszymi od tradycyjnych bioczujników, takich jak barwniki fluorescencyjne, a także innych nanocząstek, które wymagają znakowania docelowego.

Bibliografia