Udvikling af et fast materiale, der er i stand til langsomt at frigive svovlbrinte og nitrogenoxid

National Institute for Materials Science har udviklet et fast materiale, der er i stand til langsomt at frigive svovlbrinte (H ₂ S) og nitrogenoxid (NO), når de udsættes for luft. Disse gasser kan inducere fysiologisk gunstige virkninger ved lave koncentrationer (f. reducere inflammation og udvide blodkar). Imidlertid, deres medicinske anvendelse har været begrænset på grund af vanskeligheder med at opbevare dem og regulere deres koncentration. Dette materiale kan frigive disse gasser sikkert og bekvemt og vil lette deres medicinske brug.

Selvom H ₂ S og NO er ​​giftige i høje koncentrationer, de kan generere gavnlige fysiologiske virkninger, når de bruges i lave koncentrationer, såsom anti-oxidation, reducere betændelse, udvidelse af blodkar og regulering af insulinsekretion. Menneskelige kroppe producerer disse gasser i små mængder for at regulere forskellige fysiologiske funktioner. Medicinsk brug af disse gasser har vakt stor interesse i de senere år. For eksempel, en lav koncentration af NO kan administreres ved inhalation til patienter med alvorlig respirationssvigt (f. nyfødte med vedvarende pulmonal hypertension og akut respiratory distress syndrome) for at udvide deres lungekar, og derved forbedre deres symptomer. Ud over, varme kilder indeholdende H ₂ S har længe været kendt for at have positive effekter på huden og det kardiovaskulære system, laver H ₂ S et potentielt lovende middel i de typer medicin, der er dedikeret til at forlænge sunde levetider. Imidlertid, brugen af ​​disse gasser har været ledsaget af sikkerhedsproblemer og kræver et stort system udstyret med højtryks gastanke. For at løse disse problemer, der er gjort en indsats for at udvikle faste materialer, der er i stand til sikkert og let at lagre medicinsk nyttige gasser og frigive dem ved reguleret koncentration i håb om at lette deres medicinske brug.

NIMS-forskerholdet udviklede for nylig et fast materiale ved hjælp af en uorganisk forbindelse kaldet et lagdelt dobbelthydroxid, som langsomt kan frigive H ₂ S eller NO i en ønsket koncentration, når den udsættes for luft. Dette materiale er primært sammensat af lag af todimensionelle hydroxidnanoark, der indeholder magnesium (Mg) og aluminium (Al). Dette forskergruppe opdagede tidligere, at carbonationer i mellemlagsrummet i nanosheetlag aktivt udveksles med atmosfærisk kuldioxid. I dette projekt, holdet interkalerede gaskildeioner til mellemlagsrummene og tillod dem at interagere med atmosfærisk kuldioxid og vanddamp, giver H ₂ S eller INGEN gas. Holdet justerede derefter Mg/Al -forholdet i nanosheets, hvorved størrelsen af ​​mellemrummet mellem dem ændres. Forskellige mellemrumsstørrelser aktiverede H ₂ S eller NO gas skal frigives stabilt ved en tiltænkt koncentration. Holdet lykkedes også med at fremstille en bærbar NO-inhalatorprototype, der er i stand til at fungere uden en strømkilde. Dette sikre materiale består af relativt billige og ikke-toksiske ingredienser, herunder Mg og Al, kan holdes i god stand ved at opbevare den i en gasuigennemtrængelig pose. Dette materiale kan let bruges ved at udsætte det for luft på en måde, der ligner brug af engangshåndvarmere.

Gennem fremtidige studier, teamet håber at udvikle nye lægemidler og medicinsk udstyr, der inkorporerer dette materiale. Brugen af ​​sådanne produkter kan muliggøre levering af nye sundhedstjenester og akutmedicinske tjenester, såsom at gøre NO-inhalationsteknologier tilgængelige derhjemme, på forskellige destinationer og i udviklingslande. I øvrigt, den materialestruktur, som teamet har udviklet, kan anvendes til syntese af nye materialer, der er i stand til at frigive andre typer funktionelle gasser.