Войти
A биоинтерфейс - это область контакта между биомолекулой, клеткой, биологической тканью или живой организм или органический материал, который считается живым с другим биоматериалом или биосенсором, который может быть изготовлен из различных биосовместимых материалов, таких как графен. Мотивация к науке о биоинтерфейсах проистекает из насущной необходимости улучшить понимание взаимодействия между биомолекулами и поверхностями. Поведение сложных макромолекулярных систем на границах раздела материалов важно в областях биологии, биотехнологии, диагностики и медицины. Биоинтерфейсная наука - это мультидисциплинарная область, в которой биохимики, синтезирующие новые классы биомолекул (пептидных нуклеиновых кислот, пептидомиметиков, аптамеров, рибозимов, и сконструированные белки ) сотрудничают с учеными, которые разработали инструменты для позиционирования биомолекул с молекулярной точностью (методы проксимального зонда, нано- и микроконтактные методы, электронный луч и X -лучевая литография и методы самосборки снизу вверх), ученых, которые разработали новые спектроскопические методы для исследования этих молекул на границе твердое тело-жидкость, и людей, которые интегрируют их в функциональные устройства (прикладные физики, химики-аналитики и биоинженеры ).
. Темы, представляющие интерес, включают, помимо прочего:
Связанные области для биоинтерфейсов: биоминерализация, биосенсоры, медицинские имплантаты и т. Д..
Нанотехнологии - это быстро развивающаяся область, которая позволила создать множество различных возможностей для создания биоинтерфейсов. Наноструктуры, которые обычно используются для биоинтерфейсов, включают: металлические наноматериалы, такие как золото и наночастицы серебра, полупроводниковые материалы, такие как кремниевые нанопровода, углеродные наноматериалы, такие как графен или углеродные нанотрубки, и нанопористые материалы. Благодаря множеству свойств, уникальных для каждого наноматериала, таких как размер, проводимость и конструкция, были найдены различные применения. Например, наночастицы золота часто функционализируют для того, чтобы действовать как агенты доставки лекарств от рака, поскольку их размер позволяет им пассивно накапливаться на участках опухоли. Также, в качестве примера, использование кремниевых нанопроволок в нанопористых материалах для создания каркасов для синтетических тканей позволяет контролировать электрическую активность и электрическую стимуляцию клеток в результате фотоэлектрических свойств кремния. Ориентацией биомолекул на границе раздела также можно управлять путем модуляции таких параметров, как pH, температура и электрическое поле. Например, ДНК, привитую на золотые электроды, можно заставить приближаться к поверхности электрода при приложении потенциала положительного электрода, и, как объяснил Рант и др., Это можно использовать для создания интеллектуальных интерфейсов для биомолекулярного обнаружения. Точно так же Сяо Ма и другие обсуждали электрический контроль связывания / отсоединения тромбина от аптамеров, иммобилизованных на электродах. Они показали, что при приложении определенных положительных потенциалов тромбин отделяется от биоинтерфейса.
Кремний - распространенный материал, используемый в технологической промышленности, благодаря его широкому распространению, а также свойствам полупроводника. Однако в массовом виде, используемые для компьютерных микросхем и т.п., не подходят для биоинтерфейсов. Для этих целей часто используются кремниевые нанопроволоки (КНН). Различные методы выращивания и состав SiNW, такие как травление, химическое осаждение из паровой фазы и легирование, позволяют настраивать свойства SiNW для уникальных Приложения. Одним из примеров такого уникального использования является то, что SiNW можно использовать в качестве отдельных проводов для использования внутриклеточных зондов или внеклеточных устройств, или SiNW можно преобразовать в более крупные макроструктуры. Эти структуры можно преобразовать в гибкие трехмерные макропористые структуры (подобные упомянутым выше каркасам), которые можно использовать для создания синтетических внеклеточных матриц. В случае Tian et al., кардиомиоциты были выращены на этих структурах как способ создания синтетической тканевой структуры, которую можно было бы использовать для мониторинга электрической активности клеток на каркасе. Устройство, созданное Tian et al. использует преимущество того факта, что SiNW представляют собой устройства на основе полевых транзисторов (FET). Устройства на полевых транзисторах реагируют на электрические потенциальные заряды на поверхности устройства или в данном случае на поверхности SiNW. Использование полевого транзистора также можно использовать при использовании одиночных SiNW в качестве биосенсорных устройств. Датчики SiNW представляют собой нанопроволоки, которые содержат на своей поверхности специфические рецепторы, которые при связывании со своими соответствующими антигенами вызывают изменения в проводимости. Эти сенсоры могут быть вставлены в клетки с минимальной инвазивностью, что делает их в некоторых отношениях предпочтительнее традиционных биосенсоров, таких как флуоресцентные красители, а также других наночастиц, требующих маркировки мишеней.
