Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Najnowsze zastosowania nanocząstek Janusa

Nanocząstki te swoją nazwę otrzymały od znanego z mitologii rzymskiej Janusa, opisywanego jako boga o dwóch twarzach, patrzących w różnych kierunkach. Po raz pierwszy przedstawił je naukowiec Pierre-Gilles de Gennes, laureat Nagrody Nobla z 1991 r. Wraz ze swoją grupą badawczą opracował on pierwsze nanocząstki, które posiadają dwie części o przeciwstawnych sobie właściwościach – jedna połowa wykazuje właściwości polarne, a druga niepolarne. Od tego czasu nanocząstki Janusa przykuły ogromną uwagę w świecie nauki i z powodzeniem są badane, rozwijane i wykorzystywane w coraz nowszych technologiach.

 

Przełamanie tradycyjnej symetrii nanocząstek pozwala na wprowadzenie nowej funkcjonalności. Od czasu pierwszego przedstawienia nanocząstek Janusa opracowane zostały nanocząstki również o innych przeciwstawnych właściwościach. Obecnie nanocząstkami Janusa nazywa się wszelkie cząstki koloidalne o dwóch współistniejących regionach, wykazujących zupełnie różne od siebie właściwości, np. składu i morfologii, które nie wpływają na siebie negatywnie. Nanocząstki Janusa mogą być wykonane z materiałów polimerowych, nieorganicznych lub hybrydowych. W zależności od tego różnią się metody syntezy takich cząstek. W przypadku cząstek polimerowych wykorzystuje się m.in. naturalne siły przyciągania przeciwstawnych segmentów lub separację fazową, polegającą na kontaktowaniu dwóch polimerów za pomocą wspólnego rozpuszczalnika, który stopniowo się ulatnia. Nanocząstki nieorganiczne najczęściej wytwarza się za pomocą nukleacji. Wszystkie używane metody pozwalają na dokładną kontrolę określonych właściwości nanocząstek Janusa, co umożliwia ich późniejsze wykorzystanie w wielu technologiach.

Nanocząstki Janusa jako surfaktanty i nanosilinki

Surfaktanty, czyli związki powierzchniowo czynne, zwykle są długołańcuchowymi związkami organicznymi, które na powierzchni międzyfazowej ustawiają się w określony sposób – częścią hydrofilową do fazy wodnej, a hydrofobową do fazy olejowej. Dzięki temu obniżane jest napięcie powierzchniowe, co wykorzystuje się chociażby w środkach czyszczących lub pianotwórczych. Zamiast długich łańcuchów węglowych jednak można zastosować niewielkie nanocząstki Janusa, które dzięki dwóm przeciwstawnym obszarom spełniają taką samą rolę. Wykorzystuje się je do stabilizacji emulsji, a dzięki manipulacji składem można osiągnąć różny czas, po którym nastąpi rozkład emulsji na dwie fazy. W porównaniu z innymi powszechnie stosowanymi środkami powierzchniowo czynnymi nanocząstki Janusa wykazują wyższą trwałość i mogą zapobiegać dodatkowym zakłóceniom ze strony innych substancji. Ponadto dwufazowe JNP mogą być precyzyjnie kontrolowane lub przerabiane za pomocą sił zewnętrznych, takich jak magnesy czy światło. Dzięki nanocząstkom Janusa można wykonać również stabilne piany, które mają właściwości katalityczne.

Nanosilniki to silniki zbudowane z mikroskopijnych elementów, które przekształcają dostarczoną energię na kinetyczną, umożliwiającą ruch. W organizmach żywych nanosilniki odpowiadają za jedne z podstawowych funkcji życiowych. Przykładem takiego silnika molekularnego jest białko motoryczne, wytwarzające cząsteczkę adenozynotrójfosforanu (ATP), którą nasze organizmy wykorzystują do krótkotrwałego przechowywania i przekazywania energii. Nanocząstki Janusa wykazują zdolność samonapędzania się właśnie ze względu na zintegrowane w jednej konstrukcji komponenty o różnej naturze. Nanocząstki Janusa są w stanie wykorzystać energię pochodzącą ze światła, pola magnetycznego, ultradźwięków oraz ciepła. Te zdolności implementowane są głównie w medycynie.

Nanocząstki Janusa w medycynie

Kontrolowane uwalnianie leków w organizmie możliwe jest dzięki różnym reakcjom odpowiednich obszarów nanocząstek Janusa na konkretne bodźce. Najczęściej sterowanie odbywa się za pomocą reakcji na zmianę pH, wykorzystuje się również różnice w powinowactwie do wody poszczególnych części nanocząstek. Opracowane zostały ponadto nanocząstki do leczenia nowotworów. Specjalnie przygotowane nanocząstki z doksorubicyną wykazywały podwójnie responsywne uwalnianie leku pod wpływem pH i wyzwalacza świetlnego. Badania dowiodły, że w świetle bliskim podczerwieni nanocząstki te wykazywały znacznie większą toksyczność względem komórek nowotworowych, niż tradycyjna chemioterapia lub terapia fototermiczna. Możliwe jest również jednoczesne nasycenie nanocząstek różnymi lekami, które działając razem, odnoszą lepsze skutki, niż osobno. Wykorzystanie nanocząstek Janusa umożliwia także dostarczanie leków jedynie do komórek chorych, bez narażania zdrowych, jak to się dzieje w przypadku chemioterapii. Badania nad skutecznością nanocząstek Janusa w kontrolowanym uwalnianiu leków są jednak wciąż na etapie przedklinicznym.

Źródła

Agrawal, G., & Agrawal, R. (2019). Janus Nanoparticles: Recent Advances in their Interfacial and Biomedical Applications. ACS Applied Nano Materials.

Zhang, X., Fu, Q., Duan, H., Song, J., & Yang, H. (2021). Janus Nanoparticles: From Fabrication to (Bio)Applications. ACS Nano, 15(4), 6147-6191.

Pumm, AK., Engelen, W., Kopperger, E. et al. A DNA origami rotary ratchet motor. Nature 607, 492-498 (2022). 

Fot. https://pixabay.com/pl/photos/posta%c4%87-janus-wyspa-boa-rze%c5%baby-387329/

KOMENTARZE
news

<Luty 2023>

pnwtśrczptsbnd
1
2
3
4
5
8
9
11
12
13
15
16
18
19
20
21
25
26
1
3
4
5
Newsletter