Наночастицы, используемые в биотехнологии

Уже построены обширные библиотеки наночастиц, состоящие из различных размеров, форм и материалов, а также с различными химическими и поверхностными свойствами. Область нанотехнологий находится в постоянном и стремительном росте, и новые дополнения продолжают дополнять эти библиотеки. Классы наночастиц, перечисленные ниже, являются очень универсальными и многофункциональными, однако здесь описаны некоторые из их основных свойств и известных в настоящее время применений в биотехнологии, и в частности наномедицины.

Классы наночастиц

• Фуллерены: бакиболы и углеродные трубки
  Оба элемента структурного класса фуллеренов, бакиболы и углеродные трубки являются углеродсодержащими, решетоподобными, потенциально пористыми молекулами.
• Жидкие кристаллы
  Жидкокристаллические фармацевтические препараты состоят из органических жидкокристаллических материалов, которые имитируют природные биомолекулы, такие как белки или липиды. Они считаются очень безопасным методом доставки лекарств и могут нацеливаться на определенные области тела, где воспаляются ткани или где обнаруживаются опухоли.
• Липосомы
  Липосомы - это жидкие кристаллы на основе липидов, широко используемые в фармацевтической и косметической промышленности из-за их способности разрушать внутренние клетки после выполнения их функции доставки. Липосомы были первыми инженерными наночастицами, используемыми для доставки лекарств, но такие проблемы, как их склонность к слиянию в водных средах и освобождение их полезной нагрузки, привели к замещению или стабилизации с использованием новых альтернативных наночастиц.

• Наноселлы
  Также называемые ядрами-оболочками, наночастицы представляют собой сферические сердечники определенного соединения, окруженные оболочкой или внешним покрытием другого, толщиной в несколько нанометров.
• Квантовые точки
  Также известные как нанокристаллы, квантовые точки - это наноразмерные полупроводники, которые в зависимости от их размера могут излучать свет во всех цветах радуги. Эти наноструктуры ограничивают электроны зоны проводимости, дырки валентной зоны или экситоны во всех трех пространственных направлениях. Примерами квантовых точек являются полупроводниковые нанокристаллы и нанокристаллы ядра-оболочки, в которых существует связь между различными полупроводниковыми материалами. Они были применены в биотехнологии для клеточной маркировки и визуализации, особенно при исследованиях рака.

• Суперпарамагнитные наночастицы
  Суперпарамагнитные молекулы - это те, которые притягиваются к магнитному полю, но не сохраняют остаточный магнетизм после удаления поля. Для селективных магнитных биосепараций использовались наночастицы оксида железа с диаметрами в диапазоне 5-100 нм. Типичные методы включают покрытие частиц антителами к клеточноспецифическим антигенам для отделения от окружающей матрицы.

При использовании в исследованиях мембранного переноса суперпарамагнитные наночастицы оксида железа (SPION) применяются для доставки лекарств и трансфекции генов. Целенаправленная доставка лекарств, биоактивных молекул или векторов ДНК зависит от применения внешней магнитной силы, которая ускоряет и направляет их прогресс в направлении ткани-мишени. Они также полезны в качестве контрастных агентов МРТ.

• Дендримеры
  Дендримеры представляют собой сильно разветвленные структуры, которые широко используются в наномедицине из-за множества молекулярных «крючков» на их поверхностях, которые могут использоваться для прикрепления меток идентификации клеток, флуоресцентных красителей, ферментов и других молекул. Первые дендритные молекулы были получены примерно в 1980 году, но интерес к ним недавно расцвел, так как обнаружено биотехнологическое использование.
• Нанороды
  Обычно длиной 1-100 нм наностержни чаще всего изготавливаются из полупроводниковых материалов и используются в наномедицине в качестве изображений и контрастных агентов. Нанороды могут быть изготовлены путем создания небольших цилиндров из кремния, золота или неорганического фосфата, среди других материалов.

Актуальные проблемы безопасности наночастиц привели к разработке многих новых аспектов исследований. В результате наша коллекция знаний о взаимодействиях наночастиц внутри клеток все еще быстро растет. По мере развития исследований в этой захватывающей новой области биотехнологии постоянно появляются новые наночастицы и будут найдены новые приложения к наномедицине.