رفع چسبندگي سيستم هاي جداسازي با کليد هاي مولکولي

ابزارهاي ميکروسيالاتي با عبور دادن مولکول ها از ميان مجراهاي نانومقياسي که روي يک بستر پليمري حک شده اند، مولکول ها را شناسايي و از هم جدا مي کنند. ولي مواد زيستي به اين کانال ها چسبيده و آنها را مسدود مي نمايند، بدين ترتيب کارآيي سيستم پايين مي آيد.محققان موسسه پلي تکنيک Rensselaer (RPI) براي حل اين مشکل ماده اي يافته اند: ماده اي که با تابش نور از حالت لغزنده به حالت چسبنده تبديل مي شود.اين ماده يک نوع پليمر مي باشد و زماني که در معرض نور ماوراي بنفش قرار مي گيرد، به يک ماده لغزنده تر از تفلون تبديل شده و باعث مي شود موادي که بر روي آن چسبيده اند، جدا شوند. اين خاصيت موجب مي گردد که حتي کانال هاي ميکروسيالاتي که کاملاً مسدود مي باشند، پاک شوند.محققان پيش بيني مي کنند اين پليمر براي جداسازي پروتئين ها از سيستم هاي زيستي که معمولاً موجب گرفتگي حفرات فيلترهاي معمولي مي گردند، مفيد خواهند بود. غشاهاي پليمري به طور وسيعي براي جداسازي زيستي و همچنين در ابزارهاي ميکروسيالاتي به کار مي روند، اما مسدود شدن حفرات آنها موجب کوتاهي عمر آنها مي گردد. پروفسور Georges Belfort استاد RPI با بررسي پليمرهايي که ويژگي هاي سطحي آنها تغيير مي کنند، دريافت، اين تغييرات موجب مي شود بدون استفاده از حلال هاي قوي، و يا بدون آنکه نياز به جايگزيني کل سيستم باشد، مي توان آنها را تميز کرد.اين ماده جديد مبتني بر پلي اتر سولفون مي باشد و سطح آن با يک ماده قابل تغيير با نور به نام اسپيروپيران اشباع شده است. اسپيروپيران يک کليد مولکولي است که وقتي در معرض تابش نور ماوراي بنفش قرار مي گيرد، از حالت کاملاً غيرفعال و بدون بار، به حالت کاملاً فعال و بسيار قطبي تبديل مي شود.مطابق گفته محققان، زماني که اين مولکول به حالت قطبي درمي آيد، مي توان مواد چسبيده را با استفاده از آب به راحتي شست. تابش ماوراي بنفش دوم، آن را به حالت اوليه غيرقطبي برمي گرداند.اين مؤسسه اختراعي در زمينه نحوه اشباع نمودن PES با اسپيروپيران ثبت کرده است.محققان پيش بيني مي کنند، علاوه بر استفاده از اين ماده در سيستم هاي «آزمايشگاه بر روي تراشه»، مي توان از آن براي غشاهاي جداسازي مواد زيستي و رهايش زمان بندي شده دارو بهره برد. در سيستم هاي ميکروسيالاتي مي توان با استفاده از اين ماده دريچه هايي ساخت که از طريق ايجاد چسبندگي سلول ها به مجراي اين دريچه و يا نچسبيدن آنها، عبور سلول هاي منفرد را کنترل نمود.

رهايش داروهاي ضدسرطان نامحلول به كمك نانوذرات

بسياري از داروهاي مهم ضد سرطان نظير پاکلي تاكسل به خوبي در آب حل نمي شوند و همين امر رهايش آنها را در تومورها مشكل مي كند چرا كه بخش عمده خون و مايعات بدن را آب تشكيل مي دهد. فناوري نانو قبلاً پتانسيل بالاي خود را در كپسول كردن اين داروها نشان داده است. نانوذراتي كه اخيراً با عنوان Abraxane تهيه شده اند از اين گونه اند و پژوهشگران جهت دستيابي به موادي براي فرمولاسيون اين داروها به طور فعال در حال توسعة گروهي از نانوذرات با خواص شيميايي مختلف مي باشند.اين تيم در دانشگاه Rutgers، پليمري زيست سازگار را توسعه داده اند كه داروهاي كم محلول را به دام انداخته و طي يك فرآيند خودآرايي به صورت نانوذره در مي آيد. اين پليمر حاوي هر دو بخش محلول و غير محلول در آب مي باشد، و هنگامي كه به آب اضافه مي شود نانوذراتي به اندازة 40 تا 70 نانومتر تشكيل مي دهد. همچنين اين محققان يك روش شيميايي ساده را نيز براي توليد اين پليمر ارائه داده اند كه براي توسعة تجاري اين ماده بسيار مهم است.پژوهشگران در حين كار بار داروي ضد سرطان پاكلي تاكسل براي درک ميزان احاطه سازي دارو توسط پليمر، عوامل مؤثر بر تركيب شيميايي پليمر را بررسي كردند و دريافتند اين نانوذرات در اثر تغييرات ناچيزي در پليمر مي توانند مقادير قابل تنظيمي از دارو را در خود جاي دهند. ماهيت قابل تنظيم اين سيستم اختيار عمل بيشتري جهت تهيه فرمولاسيون دارو را به داروسازان مي دهد.اين محققان همچنين نشان دادند نانوذرات حاوي پاكلي تاكسل قادرند دارو را در سلول هاي سرطاني رها كنند. اين سيستم همان سيستمي را براي سلول هاي سرطاني دارند كه داروي پاكلي تاكسل به تنهايي دارا بود. اما نانوذرات مذكور به تنهايي و بدون دارو براي سلول ها سمي نيستند

توليد سطوح ابرآبگريز با استفاده از نانوتمشک ها

محققان دانشگاه فناوري آيندهوون در هلند با تقليد از برگ گياه نيـلوفر آبي، ساختارهـايي با برجستگي هاي داراي دو انـدازة (Dual-sized) متفاوت توليد نموده اند که سطوح آبگريز بسيار قوي را ايجاد نمايند. اين روکش از ذرات تمشک مانند سيليکا که بر روي يک فيلم پليمري اپوکسي نشانده شده اند، تشكيل شده است.Weihua Ming يکي از اين محققان مي گويد: طبيعت بزرگ ترين معلم انسان است. به عنوان مثال، برجستگي هاي دواندازه اي سطح برگ نيلوفر آبي، يک ابرآبگريز خوب مي باشد. در عين حال، ميوة تمشک به طور طبيعي داراي شکل بندي دواندازه اي مي باشد. ما به سادگي اين دو ويژگي را از اين دو محصول اتخاذ نموده و فيلم هاي ابرآبگريز خود را توليد نموديم . اين محققان معتقدند که ساخت فيلم هاي آنها ساده تر و ارزان تر از سيستم هاي ابرآبگريز ديگر بوده و استحکام آنها نيز بيشتر مي باشد، در نتيجه اين فيلم ها براي بسياري از کاربردها مناسب مي باشند.Ming مي گويد: ما روشي ساده براي توليد ساختارهاي ميکرو و نانو به صورت کنترل شده گزارش نموده ايم. استفاده از مواد معمولي و شيمي ساده، بسياري از کاربردها را براي اين روش امکان پذير ساخته است. Ming و همکارانش براي ساخت اين روکش، از طريق متصل نمودن ذرات سيليکاي داراي گروه عاملي آمين به قطر 70 نانومتر، به سطح ذرات سيليکاي داراي گروه عاملي اپوکسي با قطر 700 نانومتر، ذرات سيليکاي شبيه تمشک را توليد كرده اند. اين تيم از طريق ايجاد واکنش بين گروه آميني و گروه اپوکسي و ايجاد پيوند کووالانسي، اين نانوذرات را به هم متصل كرده اند به اين ترتيب كه هر ذره بزرگ تر به چندين ذره کوچک تر متصل مي شود.

سپس اين محققان اين تمشک ها را به فيلم پليمري داراي پيوندهاي عرضي، که از يک سيستم آمين-اپوکسي تشکيل شده بود، پيوند دادند. پيوندهاي آميني معلق در سطح تمشک ها به گروه هاي اپوکسي پليمر متصل شدند. آنان در نهايت براي ايجاد آبگريزي، سطح فيلم را با لايه اي از پلي(دي متيل سيلوکسان) (PDMS) پوشانده اند.

زاوية تماس پيشروي (Advancing Contact Angle) (ACA) فيلم هاي ابرآبگريز توليد شده با آب، 165 درجه، و زاوية غلطش براي يک قطره 10 ميکروليتري از آب، حدود 3 درجه بود. بدون حضور PDMS، زاويه تماس پيشروي براي آب 22 درجه، يعني کمتر از مقدار اين زاويه براي سطح اپوکسي صاف (66 درجه) بود. اين امر نشان مي دهد که براي داشتن يک سطح ابرآبگريز هم به يک ساختار دواندازه اي و هم به يک لاية آبگريز (PDMS) نياز مي باشد. زاوية تماس پيشروي براي يک سطح صاف اپوکسي که با PDMS تغيير يافته باشد، 107 درجه مي باشد.Ming مي گويد: از آنجايي که امکان کنترل سادة اندازة ذرات تمشک مانند وجود دارد، مايليم تا بررسي هاي بيشتري بر روي رابطة مابين بافت سطح و ويژگي هاي ترشدن انجام دهيم. ما همچنين مطالعاتي در زمينة امکان توليد فيلم هاي ابرچربي گريز با اين روش انجام خواهيم داد. اين محققان نتايج کار خود را در مجلة NanoLetters به چاپ رسانده اند.