Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: nanotechnologia

Nanotechnologia na giga problem – nanorolki przeciw zanieczyszczeniom

Ze względu na działalność człowieka, a szczególnie przemysł, wciąż jako ludzkość mierzymy się z ogromnym problemem zanieczyszczenia zasobów naturalnych. Czy nanotechnologia stanie się odpowiedzią na współczesne wyzwanie walki z zanieczyszczeniami?…

Ze względu na działalność człowieka, a szczególnie przemysł, wciąż jako ludzkość mierzymy się z ogromnym problemem zanieczyszczenia zasobów naturalnych. Czy nanotechnologia stanie się odpowiedzią na współczesne wyzwanie walki z zanieczyszczeniami? Na to pytanie odpowiedzią są odkrycia naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN, którzy stworzyli nanorolki.

Wesprzyj zrzutkę Nauka. To Lubię

Powietrze i woda są nam niezbędne do życia, ale stają się coraz bardziej skażone. Dużą w tym rolę odgrywają szkodliwe substancje chemiczne, które są trudne do zneutralizowania. Dlatego też naukowcy z całego świata pracują nad wynalezieniem metod pozwalających odwrócić niszczące działania człowieka. Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN poinformowali na swojej stronie o wytworzeniu materiału zdolnego do unieszkodliwiania toksycznych związków.

Zespół badaczy pod kierunkiem prof. Juana Carlosa Colmenaresa postanowił wykorzystać w tym celu potencjał drzemiący w nanotechnologii. Materiały w skali nano charakteryzują się własnościami, które sprawiają, że są to wprost wymarzone związki do neutralizowania czy pochłaniania innych substancji. Naukowcy wyprodukowali kompozyt na bazie nanomateriałów do walki z szkodliwymi substancjami chemicznymi. Swoje odkrycie opisali na łamach czasopisma naukowego Chemical Engineering Journal (Elsevier).

Nanotechnologia - nanorollki

Źródło: IChF PAN, fot: Grzegorz Krzyżewski

Nanotechnologia – tania i dobra

To, co odróżnia nanomateriały od ich objętościowych odpowiedników, to duży stosunek powierzchni do objętości. To oznacza, że nanomateriały mają bardzo aktywną powierzchnię. Potencjalnie mogą znaleźć zastosowanie na przykład do diagnostyki albo leczenia w ludzkim ciele. Niestety, często nanomateriały są też szkodliwe dla organizmu, a ich niewielki rozmiar może powodować problemy z kontrolowaniem ich drogi w ciele. Patrząc jednak na wciąż rosnącą liczbę odmian takich materiałów, można się spodziewać, że coraz więcej z nich nie będzie sprawiała nam żadnego problemu.

Grupa badawcza zaproponowała połączenie dwutlenku tytanu (TiO2 P-25), który wykazuje dużą stabilność chemiczną, oraz zredukowanego tlenku grafitu (rGO). TiO2 jest bardzo dobrze znanym fotokatalizatorem. Absorbuje on padające promieniowanie, głównie z zakresu UV, które dociera do nas wraz z promieniami słońca. Następnie powstające elektrony i dziury łączą się z tlenem i wodorem z powietrza tworząc wysoce reaktywne cząsteczki, rodniki lub utleniacze. Rozkładają one wiele z drobnoustrojów, zanieczyszczeń organicznych i chemicznych. Dodatkową zaletą jest fakt, że TiO2 jest opłacalny w produkcji, nietoksyczny i nie ulega degradacji pod wpływem czynników atmosferycznych.

Nanomateriały w walce z zanieczyszczeniami

Nanocząstki TiO2 zostały zmodyfikowane przez badaczy. Za pomocą ultradźwięków zwinęli je w rulon i w ten sposób powstały nanorolki. Materiał dzięki temu zyskał lepsze właściwości fotokatalityczne i skuteczniejszy rozkład szkodliwych substancji chemicznych. Skuteczniej też wyłapuje szkodliwe cząsteczki. Wyjątkowe jest właśnie to podwójne działanie kompozytu. Najpierw rozkłada toksyczne związki na mniej szkodliwe cząsteczki, a potem pochłania produkty tej reakcji. Maksymalna ilość substancji, jaką może adsorbować wytworzony materiał przekroczyła 600 mg na każdy gram materiału.

Nanotechnologia – zastosowania nowego kompozytu

„Nasz kompozyt wykazuje wysoką skuteczność unieszkodliwiania toksycznych związków chemicznych, wliczając w to nawet środki bojowe tj. gaz musztardowy. Wykazaliśmy, że materiał ten jest wysoce skuteczny do usuwania zanieczyszczeń środowiskowych, w szczególności do neutralizacji związków organicznych, a także może być wykorzystany jako katalizator do zastosowania w przetwarzaniu biomasy.” – zauważa pierwszy autor pracy, dr Dimitrios A. Giannakoudakis w komunikacie prasowym.

 

Przeczytaj też: Czy szczepienie dzieci przeciw Covid-19 jest bezpieczne?

Źrdódło: www.naukawpolsce.pap.pl 

Możliwość komentowania Nanotechnologia na giga problem – nanorolki przeciw zanieczyszczeniom została wyłączona

Naukowcy wydrukowali mikrosoczewki, które pozwolą na podglądanie sekretów nanoświata

Zespół naukowców z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, we współpracy z przedstawicielami instytucji zagranicznych, opracował mikroskopijne soczewki polimerowe pozwalające na optyczne badanie obiektów dziesięć razy mniejszych niż cząstka wirusa SARS-CoV-2 bez…

Zespół naukowców z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, we współpracy z przedstawicielami instytucji zagranicznych, opracował mikroskopijne soczewki polimerowe pozwalające na optyczne badanie obiektów dziesięć razy mniejszych niż cząstka wirusa SARS-CoV-2 bez wykorzystania mikroskopu. Soczewki te wytworzono dzięki ultraprecyzyjnej technologii laserowego druku 3D.

Możliwość komentowania Naukowcy wydrukowali mikrosoczewki, które pozwolą na podglądanie sekretów nanoświata została wyłączona

Komórki nowotworowe niszczone z pomocą nanocząstek – projekt łódzkich naukowców

Łódzcy naukowcy opracowali metodę termicznego niszczenia rozsianych komórek nowotworowych z użyciem nanocząstek. Całe piękno tej metody polega na tym, że niszczymy tylko komórki zwyrodniałe – mówi współtwórca rozwiązania prof. Zbigniew…

Łódzcy naukowcy opracowali metodę termicznego niszczenia rozsianych komórek nowotworowych z użyciem nanocząstek. Całe piękno tej metody polega na tym, że niszczymy tylko komórki zwyrodniałe – mówi współtwórca rozwiązania prof. Zbigniew Kołaciński z Instytutu Mechatroniki i Systemów Informatycznych PŁ.

Przy zastosowaniu tej metody przepływające w układzie krwionośnym nanorurki odnajdują guza nowotworowego zawierającego zdegenerowane komórki i się do nich przyczepiają. Napromieniowanie tkanki falą elektromagnetyczną powoduje nagrzanie komórek nowotworowych powyżej temperatury ich apoptozy wywołując nekrozę, czyli śmierć komórek – mówił PAP współtwórca rozwiązania prof. Zbigniew Kołaciński z Instytutu Mechatroniki i Systemów Informatycznych Politechniki Łódzkiej.

Opracowanie metody niszczenie rozsianych komórek nowotworowych jelita grubego z użyciem nanocząstek to rezultat projektu sponsorowanego przez NCBiR, zrealizowanego w Politechnice Łódzkiej, z udziałem Uniwersytetu Medycznego w Łodzi oraz firmy AMEPOX.

Prof. Kołaciński podkreślił, że naukowcy zajmujący się nanotechnologią wychodzą naprzeciw niedoskonałościom obecnie stosowanych metod leczenia raka – leczenia chirurgicznego, w przypadku którego pacjenci zgłaszają się do lekarza zbyt późno, dlatego często jest to leczenie jedynie paliatywne, czyli przeciwbólowe, a także chemioterapii i radioterapii, których stosowanie niszczy niestety także komórki zdrowe.

„Powstała wśród naukowców, którzy zajmują się nanotechnologią, chęć wprowadzenia nanocząstek do likwidacji komórek rakowych. Te nanocząstki muszą być zasobnikami leków lub innych elementów, które potrafią zniszczyć komórki rakowe” – wyjaśnił prof. Kołaciński.

Na Politechnice Łódzkiej opracowano metodę otrzymywania takich nanozasobników poprzez syntezę nanorurek węglowych różnymi metodami: łukową, metodą plazmy mikrofalowej oraz chemicznego osadzania z fazy gazowej. Nanorurki zawierają w sobie ferromagnetyk np. żelazo, które można następnie rozgrzać przy pomocy fali elektromagnetycznej.

„Jeżeli taki zasobnik wprowadzimy do organizmu i przyłączymy go do komórek rakowych, spełni on rolę mikroźródła grzejnego, które zniszczy te komórki. Jest to zniszczenie całkowite, bo jeżeli temperatura komórki nowotworowej przekroczy 42 stopni C, następuje jej nekroza” – podkreślił prof. Kołaciński.

Martwe komórki nowotworowe są wydalane z organizmu, a komórki zdrowe pozostają dalej żywe. „Całe piękno tej metody polega na tym, że niszczymy tylko komórki zwyrodniałe” – ocenił naukowiec.

Łódzcy uczeni opracowali metodę adresowania nanorurek węglowych jako zasobników do komórek rakowych przy pomocy przyłączonych do kwasu foliowego specyficznych ligandów, które mają zdolność znajdowania komórek rakowych. Takie zasobniki mogą być wstrzykiwane do organizmu, bądź podawane przez skórę lub w formie tabletki. Badacze opracowali także urządzenie do hipertermii, czyli nagrzewania komórek falą elektromagnetyczną.

Nanozasobniki biegną w układzie krwionośnym i odnajdują chore komórki – uruchamiany jest wówczas proces termoablacji tzn. nagrzewania polem elektromagnetycznym. ”Chore komórki podlegają napromieniowaniu falą elektromagnetyczną o wysokiej częstotliwości radiowej, która podgrzewa żelazo w procesie hipertermii niszczącej komórki rakowe” – dodał naukowiec.

Do tego celu łódzcy naukowcy wykorzystują generatory o częstotliwości radiowej pracujące w zakresie od setek kiloherców do rzędu kilkudziesięciu megaherców. „Opracowaliśmy urządzenie do hipertermii, czyli nagrzewania komórek falą elektromagnetyczną, które wraz z patentem adresującym zasobniki do komórek rakowych, tworzy całość, która likwiduje wyłącznie zwyrodniałe komórki” – podkreślił prof. Kołaciński.

Metoda naukowców z PŁ została przebadana na komórkach nowotworowych jelita grubego. Konieczne są jeszcze testy na zwierzętach i testy kliniczne. W końcowej fazie wdrożenia klinicznego projektu naukowcy planują umieszczenie całego człowieka w urządzeniu emitującym kontrolowane dawki pola elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej.

Prof. Kołaciński liczy na to, że za 10 lat ta metoda ta będzie skutecznie stosowana w określonych typach nowotworów. „Na pewno nie do wszystkich typów, natomiast w określonych typach nowotworów zostanie sprawdzona i będzie mogła być stosowana” – ocenił naukowiec. (PAP)

szu/ ksk/ zan/

 

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl

1 komentarz do Komórki nowotworowe niszczone z pomocą nanocząstek – projekt łódzkich naukowców

Nano-lekarz

Kiedyś po naszym ciele będą krążyły niewielkie urządzenia badawcze. Będą sprawdzały stan naszego zdrowia, podawały leki, a może nawet wykonywały – od wewnątrz – operacje chirurgiczne. Kiedy to się stanie?

Kiedyś po naszym ciele będą krążyły niewielkie urządzenia badawcze. Będą sprawdzały stan naszego zdrowia, podawały leki, a może nawet wykonywały – od wewnątrz – operacje chirurgiczne. Kiedy to się stanie?

Nie wiem, kiedy ta wizja się spełni, ale widzę, że świat inżynierii zmierza w tym kierunku. A wszystko zaczęło się w 1960 roku od słów jednego z najbardziej zasłużonych i barwnych fizyków w historii nauki. Richard Feynman był znany z bardzo dużego poczucia humoru i talentów popularyzatorskich. Uwielbiał grać na bębnach bongo. W ich rytmie zdarzało mu się nawet prowadzić wykłady. Malował, pisał książki i zbierał znaczki. Ale w historii zapisał się z innego powodu. Był fizykiem teoretykiem i laureatem Nagrody Nobla. Pracownikiem najlepszych na świecie uniwersytetów. Zajmował się dość hermetyczną dziedziną, jaką jest kwantowa teoria pola i grawitacji, ale interesował się także fizyką cząstek i nadprzewodnictwem. To on jako pierwszy podał koncepcję komputera kwantowego i – w 1960 roku – zapowiedział powstanie nowej dziedziny inżynierii – nanotechnologii.

Sporo miejsca

Nanotechnologia bada i próbuje wykorzystać potencjał natury i właściwości świata bardzo małych rozmiarów i bardzo małych odległości. Co jest tam tak interesującego? – „There is plenty of room at the bottom” – powiedział w czasie pamiętnego wykładu zapowiadającego powstanie nowej dziedziny wspomniany już Richard Feynman. W tłumaczeniu na polski to zdanie znaczyłoby mniej więcej: „gdzieś tam na dole jest dużo miejsca”. Feynman zastanawiał się, jak naśladować naturę, która z atomów i cząsteczek potrafi tworzyć większe, olbrzymie, piękne struktury, takie jak chociażby białka czy cukry. A wszystko to robi ze znakomitą wydajnością, i mechaniczną, i energetyczną. Innymi słowy, człowiek powinien spróbować nauczyć się naśladować przyrodę, tworzyć układy złożone, wychodząc z atomów i cząsteczek, i kontrolując ten proces, mieć jakiś wpływ na powstającą nową materię. Brzmi dumnie, ale jak to zrobić? To jest właśnie coś, co ma rozstrzygnąć nowa dziedzina. Naukowcy i inżynierowie do tego wyzwania próbują podejść na dwa sposoby. Jeden to tak zwane „bottom up”, czyli przejście od podstaw, z tego poziomu najniższego, atomowo-cząsteczkowego, do większych, zaprojektowanych struktur. Czyli od pojedynczych atomów i cząsteczek do konkretnych materiałów. Najpierw tych w skali nanometrowej, a później o tysiąc razy większej, czyli mikrometrowej.

To podejście przypomina budowanie domu z cegieł. Małe elementy łączone są w duże struktury. Atomy łączone są w cząsteczki. Na przykład takie, które w przyrodzie nie występują. Cząsteczki białek, które mogą być lekarstwem na wciąż niezwyciężone choroby, czy cząsteczki o takich właściwościach, które można będzie wykorzystać w elektronice. Drugie podejście jest dokładnie odwrotne, czyli „top down” – z góry do dołu. To jak wytwarzanie ziarenek piasku podczas mielenia większych kawałków skały albo jeszcze lepsza analogia, mielenie całych ziaren kawy na kawowy proszek. Po co? Im drobniej zmielone, tym lepiej gorąca woda wyciągnie z nich kofeinę. Z całych ziaren kofeiny nie da się wyciągnąć. Wracając do fizyki czy technologii: to drugie podejście polega na rozdrabnianiu materii i schodzeniu do niższych jej form wymiarowych, do skali nano włącznie.

Podróże do wnętrza

O nanotechnologii można bardzo dużo pisać. Choć to nowy kierunek, rozwija się bardzo dynamicznie. Trudno znaleźć dziedzinę nauki, w której nie byłaby obecna. Jednym z bardziej pasjonujących kierunków jej rozwoju jest nanomedycyna. Ta rozwija się w dwóch kierunkach. Jeden to próby (coraz częściej udane) stworzenia nanocząsteczek, które będą nośnikami leków, a nawet genów. Wnikając do organizmu, będą uwalniać przenoszony materiał dokładnie w tym miejscu i dokładnie o tym czasie, jaki jest optymalny. Drugi kierunek to nanosensory i nanoroboty. Już kilka lat temu stworzono nanodetektor komórek rakowych. Do jego działania wystarczy – dosłownie – jedna kropla krwi. Krew przesączana jest przez tysiące mikroskopijnych kanalików krzemowych, w których znajdują się przeciwciała wyłapujące komórki nowotworowe. Analiza przeciwciał pozwala stwierdzić, czy w krwi znajdują się komórki rakowe, a jeżeli tak, to ile i jakie. Taka informacja nie może być pozyskana w trakcie standardowej analizy, bo komórek nowotworowych w krwi jest bardzo mało. Nanomedycyna jednak najbardziej kojarzy się z nanorobotami. Wpuszczone do ludzkiego krwiobiegu będą nie tylko monitorowały funkcje życiowe, ale także reagowały na stany kryzysowe organizmu.

Te skojarzenia – przynajmniej na razie – są nierealne. Na razie. W listopadowym numerze czasopisma naukowego „Nature Communications” opisano urządzenie wielkości kawałka główki od szpilki. Zbudowane jest jak muszla małża, z dwóch połówek połączonych w jednym punkcie (to połączenie przypomina zawias w drzwiach). Niewielkie elektromagnesy w obydwu częściach urządzenia mogą powodować otwieranie i zamykanie „muszli”. Ta w efekcie takiego ruchu może się poruszać. Prędkość tego ruchu jest oczywiście zależna od przekroju naczynia i prędkości krwi (oraz kierunku), ale już dzisiaj mówi się, że urządzenie, którego wielkość nie przekracza 0,3 mm, jest jednym z tych, które w przyszłości będą podróżowały we wnętrzu naszego ciała.

 

Tekst ukazał się w tygodniku Gość Niedzielny

Możliwość komentowania Nano-lekarz została wyłączona

Type on the field below and hit Enter/Return to search

Skip to content