Udvikling af metoder til at bygge præcise nanostrukturer

Forskere ved Case Western Reserve University har modtaget en $540, 000 føderalt tilskud til at udtænke metoder til at bygge små strukturer, der er skræddersyet til præcist at levere medicin til tumorer eller bære farvestoffer, der hjælper billeddannelsesteknologier med at opdage sygdom, skabe mere effektive nanotråde og nanoelektronik, og mere.

At bygge præcist definerede strukturer på nanoskala har vist sig at være en udfordring for kemikere. For at give kontrol og præcision, forskerne foreslår at bygge komplekse polymer nanostrukturer på stilladser lavet af plantevirus, små organismer, der inficerer planteceller, men er godartede uden for planten.

Jon Pokorski, assisterende professor i makromolekylær videnskab og teknik, og Nicole Steinmetz, adjunkt i biomedicinsk teknik, vil bruge den treårige bevilling fra National Science Foundations Macromolecular, Supramolekylært og nanokemisk program til test af tre metoder til syntetisering af stavformede nanostrukturer.

Typisk, forskere bygger nanopolymerer af små polymerkæder, der samler sig selv og bruges til at lave film, superkrystaller og medicinafgivelsesanordninger. Men der er altid ufuldkommenheder i forsamlingen.

"Ved at bruge en skabelon - virussen - kan vi producere en jævnt spredt polymercoating, der giver mere konsekvente og effektive egenskaber, " sagde Pokorski. "Og dette er meget modulopbygget; det kan bruges til mange formål."

Ved at kontrollere størrelsen og overfladefunktionerne, de håber at reducere eller eliminere de toksiske bivirkninger, der kan være forårsaget af disse to egenskaber under lægemiddellevering, han sagde.

Steinmetz, udpeget af Case Western Reserve School of Medicine, vil bygge skabelonerne ved hjælp af tobaksmosaikvirus. I stedet for at lave kugler, målet er at lave materialer, der er betydeligt længere, end de er brede, kaldet "høj-aspekt" materialer.

"Den fysiske egenskab gør dem mere nyttige til nanotråde og elektronik og applikationer i kroppen, " hun sagde.

Tobaksviruspartiklerne er omkring 300 nanometer gange 18 nanometer, men Steinmetz vil kontrollere størrelser ved hjælp af genteknologi, "hvilket giver os mere kontrol, end vi kunne have ved brug af rent kemiske produktionsmetoder, " hun sagde.

Pokorski vil tilføje polymerer. Stangformen gør det muligt at binde en polymer med én funktion - såsom at bære medicin - til den ene ende, og en anden med en anden funktion - såsom at bære et billeddannende farvestof - til den anden.

"Eller, " forklarede han, "vi kan dyrke en polymer på ydersiden og en anden polymer på indersiden, fordi plantevirussen er et hult rør."

Ud over at bruge nanopartikler som køretøjer til at transportere medicin til bestemte mål, de kunne bruges som elektriske stik, erstatte carbon nanorør, der bruges til at forbinde nanoelektronik.