Kemisk funktionalisering af giftige lange kulstofnanorør reducerer den effektive længde, reducere asbestlignende patogenicitet

(Phys.org) - Carbon nanorør ligner asbestfibre i deres form. Desværre, lang, rene nanorør synes også at have asbestlignende patogenicitet. I journalen Angewandte Chemie , et europæisk forskerhold har nu rapporteret, at kemiske modifikationer, for eksempel med tri(ethylenglycol), kan afhjælpe dette problem, hvis modifikationen gør deres overflade mere vandvenlig og reducerer den effektive længde af rørene.

På grund af deres unikke fysiske, kemisk, og elektroniske egenskaber, kulstof nanorør er blevet et af de mest populære nanomaterialer. De bruges i elektronik, til forstærkning af plast, og i biomedicin som nanotransportere til at transportere lægemidler ind i celler. For mange af disse applikationer, især inden for biologi, det er nødvendigt at ændre rørene kemisk ved at fastgøre molekyler til deres overflader.

Imidlertid, den industrielle produktion af kulstofnanorør kan bringe sundhedsrisici med sig. Undersøgelser har vist, at flervæggede nanorør, der er mere end 20 µm lange, virker som asbestfibre, forårsager betændelse efterfulgt af granulomer - betændelsesinduceret knudelignende vævsvækst. Dette sker, fordi makrofagerne i vores immunsystem ikke kan absorbere og fjerne de lange fibre. Kortere nanorør og dem med visse overflademodifikationer har nu vist sig at lindre toksicitet.

Et hold ledet af Maurizio Prato, Alberto Bianco, og Kostas Kostarelos ønskede at afgøre, hvilken rolle de kemiske modifikationer har for at løse den toksiske risiko fra rørene. Forskerne fra University College London (UK), CNRS i Strasbourg (Frankrig), og University of Trieste (Italien) vedhæftede enten kulbrintekæder eller tri(ethylenglycol)-kæder som sidegrupper på flervæggede kulstof-nanorør og sammenlignede deres virkninger med umodificerede rør. Resultaterne viser, at de umodificerede nanorør og dem med kulbrintekæder fører til asbestlignende betændelse og granulomer hos mus. Imidlertid, det gør kulstofnanorørene med tri(ethylenglycol)-kæder ikke.

Forskellen synes at være et spørgsmål om aggregering/disaggregering, der påvirker længden af ​​bundterne:Som vist ved billeder fra transmissionselektron- og atomkraftmikroskopier, den effektive længde af rørene reduceres under reaktionen, der introducerer tri(ethylenglycol)-kæderne. Forskerne mener, at modifikationen med tri(ethylenglycol)-kæden bryder rørene fra hinanden, så de interagerer i kroppen som kortere, meget mere hydrofile individuelle fibre, hvorimod både de umodificerede rør og dem med apolære kulbrinter på deres overflader interagerer med væv som længere bundter af individuelle nanorør.

Forskerne konkluderer, at kun de modifikationer, der fører til en adskillelse af bundterne, kan afhjælpe de toksikologiske problemer.