Metalfrit fluoreret grafen viser ingen tegn på toksicitet i cellekulturtest

Graphene, de atomartynde plader af kulstof, som materialer forskere håber at kunne bruge til alt fra nanoelektronik og flyafisere til batterier og knogleimplantater, kan også finde anvendelse som kontrastmidler til magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), ifølge ny forskning fra Rice University.

"De har mange fordele sammenlignet med konventionelt tilgængelige kontrastmidler, "Risforsker Sruthi Radhakrishnan sagde om de grafenbaserede kvantepunkter, hun har studeret i de sidste to år." Stort set alle de meget brugte kontrastmidler indeholder giftige metaller, men vores materiale har intet metal. Det er bare kulstof, brint, ilt og fluor, og i alle vores tests hidtil har det ikke vist tegn på toksicitet. "

De første fund for Rices nanopartikler - diske af grafen, der er dekoreret med fluoratomer og simpelthen organiske molekyler, der gør dem magnetiske - er beskrevet i et nyt papir i tidsskriftet Particle and Particle Systems Characterization.

Pulickel Ajayan, Risforsker, der leder arbejdet, sagde de fluorerede grafenoxid -kvantepunkter kunne være særligt nyttige som MR -kontrastmidler, fordi de kunne målrettes mod bestemte slags væv.

"Der er gennemprøvede metoder til fastgørelse af biomarkører til carbon nanopartikler, så man let kunne forestille sig at bruge disse kvantepunkter til at udvikle vævsspecifikke kontrastmidler, "Sagde Ajayan." For eksempel, denne metode kunne bruges til selektivt at målrette mod bestemte typer kræft eller hjernelæsioner forårsaget af Alzheimers sygdom. Den slags specificitet er ikke tilgængelig med nutidens kontrastmidler. "

MR -scannere laver billeder af kroppens indre strukturer ved hjælp af stærke magnetfelter og radiobølger. Som diagnostiske tests, MR giver ofte større detaljer end røntgenstråler uden den skadelige stråling, og som følge heraf, MR -brug er steget kraftigt i løbet af det sidste årti. Mere end 30 millioner MR'er udføres årligt i USA

Radhakrishnan sagde, at hendes arbejde begyndte i 2014, efter at Ajayans forskerhold fandt, at tilføjelse af fluor til enten grafit eller grafen fik materialerne til at dukke godt op på MR -scanninger.

Alle materialer påvirkes af magnetfelter, herunder dyrevæv. I MR -scannere, et kraftigt magnetfelt får individuelle atomer i hele kroppen til at blive magnetisk justeret. En puls af radioenergi bruges til at forstyrre denne justering, og maskinen måler, hvor lang tid det tager for atomer i forskellige dele af kroppen at blive justeret. Baseret på disse foranstaltninger, scanneren kan opbygge et detaljeret billede af kroppens indre strukturer.

MR -kontrastmidler forkorter den tid, det tager for væv at justere og forbedrer opløsningen af ​​MR -scanninger betydeligt. Næsten alle kommercielt tilgængelige kontrastmidler er fremstillet af giftige metaller som gadolinium, jern eller mangan.

"Vi arbejdede sammen med et team fra MD Anderson Cancer Center for at vurdere cytokompatibilitet af fluorholdige grafenoxid -kvantepunkter, "Sagde Radhakrishnan." Vi brugte en test, der måler cellekulturs metaboliske aktivitet og detekterer toksicitet som et fald i metabolisk aktivitet. Vi inkuberede kvanteprikker i nyrecellekulturer i op til tre dage og fandt ingen signifikant celledød i kulturerne, selv ved de højeste koncentrationer. "

De fluorerede grafenoxid -kvantepunkter Radhakrishnan -undersøgelser kan foretages på mindre end et døgn, men hun brugte to år på at perfektionere opskriften på dem. Hun begynder med ark af grafen i mikronstørrelse, der er blevet fluoriseret og oxideret. Når disse tilsættes til et opløsningsmiddel og omrøres i flere timer, de brydes i mindre stykker. Det er ikke svært at gøre materialet mindre, men processen til fremstilling af små partikler med de passende magnetiske egenskaber er krævende. Radhakrishnan sagde, at der ikke var noget "eureka -øjeblik", hvor hun pludselig opnåede de rigtige resultater ved at snuble over den bedste formel. Hellere, projektet var præget af trinvise forbedringer gennem snesevis af mindre ændringer.

”Det krævede en masse optimering, "sagde hun." Opskriften betyder meget. "

Radhakrishnan sagde, at hun planlægger at fortsætte med at studere materialet og håber på i sidste ende at kunne hjælpe med at bevise, at det er sikkert og effektivt til kliniske MR -tests.

"Jeg vil gerne se det blive brugt kommercielt på kliniske måder, fordi det har mange fordele sammenlignet med konventionelt tilgængelige midler, " hun sagde.