Phát triển vật liệu nano biến đổi hình dạng [HOT]





Phát triển vật liệu nano biến đổi hình dạng [HOT]

Vật liệu nano sau khi được cuộn lại thành ống. Hình ảnh: Đại học Emory.

Trong một báo cáo trên Tạp chí Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, các nhà nghiên cứu mô tả vật liệu mới, được làm từ collagen tổng hợp, mỏng hơn 10.000 lần chiều rộng của sợi tóc người và có khả năng chuyển đổi qua lại từ các tấm phẳng. thành hình ống.

Collagen là protein cấu trúc chính trong các mô liên kết của cơ thể, chẳng hạn như sụn, xương, gân, dây chằng và da. Nó cũng có nhiều trong mạch máu, ruột, cơ và các cơ quan khác. Điều này làm cho vật liệu mới tương thích sinh học trong tự nhiên.

“Trước đây chưa ai tạo ra vật liệu nano từ collagen với đặc tính thay đổi hình dạng. Vật liệu mới có thể làm điều đó một cách đơn giản và được kiểm soát bằng cách thay đổi độ pH và độ axit trong môi trường của nó”, Giáo sư Hóa học phân tử Vincent Conticello đến từ Đại học Emory, tác giả chính của nghiên cứu.

Phòng thí nghiệm của Conticello là một trong số ít các phòng thí nghiệm trên thế giới tập trung vào việc phát triển collagen tổng hợp cho các ứng dụng y sinh và công nghệ phức tạp khác. Những vật liệu sinh học tổng hợp như vậy có thể được kiểm soát theo những cách mà collagen tự nhiên không thể.

Protein collagen tự nhiên bao gồm một chuỗi xoắn ba sợi quấn quanh nhau giống như một “dây bện”. Những sợi này không linh hoạt, cứng như một chiếc bút chì và kết dính chặt chẽ với nhau trong một mảng kết tinh.

Conticello và các đồng nghiệp của ông đã làm việc trong nhiều năm để tạo ra các tấm collagen phẳng. “Mỗi tờ là một tinh thể lớn có hai mặt. Cách các peptit (chuỗi axit amin) tạo nên nó giống như một bó bút chì bó lại với nhau, trong đó một nửa có đầu hướng lên và nửa còn lại có đầu hướng lên và nửa còn lại có đầu hướng lên trên. Đầu tẩy hướng lên trên, “Conticello giải thích.

Nhóm nghiên cứu đã cố gắng tinh chỉnh các tấm collagen để mỗi khuôn mặt chỉ giới hạn ở một chức năng. Mục đích cuối cùng là làm cho chúng tương thích với các thiết bị y tế bằng cách làm cho một mặt tương thích với thiết bị và mặt kia tương thích với các protein chức năng trong cơ thể.

Tuy nhiên, khi Conticello và các đồng nghiệp của ông chế tạo các bề mặt riêng lẻ này thành các tấm collagen đơn lẻ, họ đã rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng nó khiến các tấm cuộn lại thành hình ống. Quá trình tuân thủ này thậm chí có thể được đảo ngược bằng cách thay đổi độ pH của dung dịch. Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng họ có thể điều chỉnh các đĩa ở cấp độ phân tử thông qua thiết kế để thay đổi hình dạng với độ pH cụ thể.





Vật liệu nano dạng tấm (trái) và dạng cuộn (phải) nhìn dưới kính hiển vi.  Ảnh: Emory University.

Vật liệu nano dạng tấm (trái) và dạng cuộn (phải) nhìn dưới kính hiển vi. Hình ảnh: Đại học Emory.

Khám phá mới cho thấy tiềm năng to lớn đối với các ứng dụng y sinh như phân phối thuốc và kỹ thuật mô. Ví dụ, các nhà khoa học có thể tìm ra cách đưa thuốc vào ống collagen trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát, sau đó vào cơ thể người. Trong môi trường pH của tế bào người, các ống collagen mở ra và giải phóng thuốc.

Conticello mô tả sự phát triển của vật liệu nano biến đổi hình dạng tại Emory là “một sự tình cờ và là một yếu tố may mắn”. Văn phòng Chuyển giao Công nghệ Emory đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời cho vật liệu mới. Công trình này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ và Quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ.

Doãn Đường (Theo dõi Khoa học hàng ngày)