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Abstract
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화학

탄소 나노 튜브에 의해 안정화 내부 자기 조립 된 지질 입자의 용이 한 제조

Published: February 19, 2016
doi:
10.3791/53489
, , ,
1Centre for Materials Science, School of Physical Sciences and Computing,University of Central Lancashire, 2School of Food Science & Nutrition,University of Leeds

Summary

We report on a smart application of carbon nanotubes for kinetic stabilization of lipid particles that contain self-assembled nanostructures in their cores. The preparation of lipid particles requires rather low concentrations of carbon nanotubes permitting their use in biomedical applications such as drug delivery.

Abstract

우리는 탄소 나노 튜브 (CNT)에 의해 안정화 된 지질 나노 입자를 제조하기 용이 한 방법을 제시한다. 벽이 단일 (원시) 및 다층 (관능 화) 탄소 나노 튜브는 피커링 형 중유 (O / W) 에멀젼을 제조하기 위해 안정 화제로서 사용된다. 지질 즉, Dimodan U와 피탄 트리 올 과잉 물에 이연 속성 입방 Pn3m 단계로 자기 조립 유화제로 사용된다. 이 점성이 높은 단계는 기존의 계면 활성제 안정제 또는 탄소 나노 튜브 여기에 완료로의 존재 프로브 초음파를 사용하여 작은 입자로 분열된다. 먼저, 탄소 나노 튜브 (분말 형태)을 최종 에멀젼을 형성하도록 용융 된 지질과 상기 초음파 처리 한 다음 물에 분산된다. 이 과정에서 CNT를 차례로 개월간 안정 입자상 에멀젼을 형성 지질 소적을 둘러싸 추정되는 지질 분자로 코팅하자. CNT 안정화 된 지질 나노 입자의 평균 크기는 서브 마이크론 (R)에입자와 잘 비교 플랜지는, 기존의 계면 활성제를 사용하여 안정화. 순수한 지질 상 (벌크 상태)에 비해 소각 X 선 산란 데이터 CNT 안정화 된 지질 분산액 원래 Pn3m 입방상의 보유를 확인한다. 블루 시프트 및 특성 G 및 라만 분광법으로 탄소 나노 튜브의 관찰 G '밴드의 강도의 저하가 CNT 표면 및 지질 분자 사이의 상호 작용을 특성화. 이러한 결과는 탄소 나노 튜브와 지질 간의 상호 작용은 수용액에서의 상호 안정화를위한 책임이 있음을 시사한다. 안정화를 위해 사용되는 탄소 나노 튜브의 농도가 매우 낮은 지질 분자는 탄소 나노 튜브를 작용 화 할 수있는 바와 같이, 탄소 나노 튜브의 독성 생체 적합성을 크게 개선하면서 크지 않을 것으로 예상된다. 따라서, 본 방법은 m의 배달 nanocarrier 하이브리드 시스템을 개발하기위한, 예를 들면, 다양한 생물 의학 응용에 큰 잠재력을 발견ultiple 병용 요법 또는 polytherapy에서와 같은 기능 분자.

Introduction

지난 몇 년 동안, 나노 기술, 특히 암 1과 악명 높은 질병에 대처하기 위해 의학의 임상 개발 분야의 강력한 도구로 떠오르고있다. 이러한 맥락에서, 광범위하게 같은 약물, 단백질, 핵산, 유전자 진단 이미징 에이전트 1-4와 같은 다양한 활성 생체 분자의 전달 수단으로 탐구되는 나노 크기 <1000와 나노 구조. 이 생체 분자 중 하나 나노 입자 내에 캡슐화 또는 나노 입자의 표면에 결합 및 pH와 온도 5, 6 등의 트리거로 작용 부위에 출시된다. 크기가 매우 작지만, 이러한 나노 입자의 표면적이 큰 활성 생체 분자의 표적 전달을위한 매우 유리한 것으로 증명한다. 입자 크기 및 생체 적합성을 통해 제어 치료 효능, 따라서 나노 입자 7,8의 적용을 최적화하기 위해 가장 중요하다.지질 9-13, 폴리머 14, 15, 16, 17 금속과 탄소 나노 튜브 (18, 19)는 일반적으로 다양한 생물 의학 및 제약 응용 프로그램에 대한 nanocarriers로 사용되어왔다.

또한, 지질 자기 조립 나노 구조를 기반으로 nanocarrier 응용 프로그램은 식품 및 화장품 산업 (20, 21)를 포함하여 많은 다른 분야에서 다양한 의미를 가지고있다. 예를 들어, 디저트 (24)에, 예를 들면 식품 안정제, 단백질 결정화 22, 생체 분자 (23)의 분리에 사용 된, 이러한 영양소, 맛과 향기 25-31 활성 분자의 전달에있다. 자기 조립 지질 나노 구조는 제어 및 타겟팅 방식 32-38에 생물 분자를 방출 할 수있는 능력을 가지고 있지 그러나 또한 화학적 및 효소 적 분해 (39, 40)에서 상기 기능성 분자를 보호 할 수있다. 평면 유체 이중층은 대부분의 통신은 있지만물의 존재 하에서 양친 매성 지질 분자에 의해 형성된 나노 구조체, 예컨대 육각형과 같은 다른 입방 구조는 일반적 20,41,42 관찰된다. 형성된 나노 구조물의 종류 지질 '모양 분자 구조 물 지질 조성뿐만 아니라, 온도 및 압력에서 43 등을 채용 물리 화학적 조건에 의존한다. 비평 지질 나노 구조물의 적용, 특히 그 위상의 차 때문에 높은 점도 불균일 도메인 일관성 제한된다. 이러한 문제는 수 중유 (O / W) 마이크론 또는 서브 마이크론 크기의 지질 입자를 포함하는 에멀젼을 형성하기 위해 과량의 물에서 지질 나노 분산에 의해 극복된다. 분산 입자 내부 원래 지질 자기 조립 구조를 유지하면서 이러한 방식으로, 낮은 점도의 적합한 제품을 제조 할 수있다. ISAsomes 44 약칭이 내부 자기 조립 입자의 형성 ( </sup> 예를 들면, 입방 상 육각형 단계에서 hexosomes)로부터 cubosomes 흔히 고 에너지 입력 단계와 계면 활성제 나 고분자 등의 안정제의 첨가의 조합을 필요로한다. 이러한 방향의 최근 연구는 실리카 나노 입자 (46), 적절히 피커링 51 Ramsden-피커링 에멀젼 52 되나 상기 에멀젼의 안정화를위한 47-49 점토 및 탄소 나노 튜브 (50)을 포함하는 다양한 고체 입자 (45)의 적용을 예시한다.

최근, 카본 등의 단층 카본 나노 튜브 (단일 벽 탄소 나노 튜브)와 같은 나노 구조를 기반으로 다중 벽 탄소 나노 튜브 (다중 벽 탄소 나노 튜브) 및 풀러린 (53, 54)은 새로운 생체 재료로서 주목을 받고있다. 주요 관심사는 독성 55-58, 물 불용성 59 따라서 자신의 생체 적합성 (56)이다. 이러한 문제를 해결하기위한 효과적인 방법은 표면 함수지질 비 독성 및 생체 분자를 사용 세계화가. 물의 존재하에 지질 지질 친수성 헤드 기 (60, 61)는 물에 용해성 또는 분산을 돕는 반면, 탄소 나노 튜브의 표면이 소수성, 극성 수성 매질로부터 보호되는 방법으로 탄소 나노 튜브와 상호 작용한다. 지질 따라서 그들의 장식 적으로 탄소 나노 튜브의 생체 내 독성을 감소시켜야 세포 소기관뿐만 아니라 음식 재료의 적분 성분이다. 탄소 나노 튜브 (18, 19) 및 지질 나노 9-13에 독립적 기반의 바이오 메디컬 응용 프로그램은 광범위한 개발하지만 두 속성을 결합하는 응용 프로그램은 아직 잘 탐험되지 않습니다.

이 작품에서 우리는 지질의 두 가지 유형 및 다중 벽 탄소 나노 튜브는 하이드 록실 및 카르 복실 그룹으로 작용 반면 단일 벽 탄소 나노 튜브는 자연 그대로의 형태로되어있는 탄소 나노 튜브의 세 가지 유형을 사용합니다. 우리는 그의 분산액을 제조하는 탄소 나노 튜브의 매우 낮은 농도를 사용했다안정성은 여러 가지 요인 예를 들어, 지질의 종류, CNT의 유형, CNT 사용에뿐만 아니라 전력 및 기간 등 사용되는 초음파 매개 변수에 대한 지질의 비율에 따라 달라집니다. 이 비디오 프로토콜은 역학적으로 다양한 CNT-안정제를 사용하여 지질 나노 입자를 안정화하는 방법의 기술적 인 세부 사항을 제공합니다.

Protocol

주의 :이 작업에 사용 된 탄소 나노 튜브는 대량 대응에 비해 추가적인 위험을 가질 수있는 나노 입자 형태이다. 흑연의 흡입, 천연 및 합성 모두, 석탄 노동자의 진폐증과 유사한 진폐증 (62)가 발생할 수 있습니다. 또한, 탄소 나노 튜브 63-68의 흡입과 관련된 급성 및 만성 독성 탄소 기반 나노 구조의 독성과 기존 연구의 일부에 관한 우려가 제안되고있다. 따라서, 미세 CNT 분말의 흡입을 피하고 ?…

Representative Results

다음 결과 분산액) 안정성, 지질 입자 b) 크기 분포, 자기 조립 및 D의 C) 타입) 탄소 나노 튜브의 지질 코팅 증거를 나타낸다. 분산의 안정성 (그림 2) 자동 초점과 LED 플래시와 5 MP 카메라를 사용하여 측정 하였다. 도 2는 안정적인 에멀션 만 특정 영…

Discussion

지질 입자의 안정화
세 개의 다른 탄소 나노 튜브는 지질 분산액을 안정화하기 위해 사용된다; 두은 다층 및 -OH 및 -COOH 그룹을 사용하여 작용 화하고, 하나의 벽과 (원시) 비 – 작용 싱글. MWCNT-COOH : (지름 × 길이)는 다음과 같이 탄소 나노 튜브의 크기 변화 9.5 nm의 X 1.5 μm의; MWCNT-OH : 8-15 나노 미터 × 50 μm의; SWCNT : X 1-3 μm의 1-2 나노 미터. 탄소 나노 튜브 분말은 초 초음파 프로브에…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

우리는이 프로젝트의 그의 이전 작업 라만 실험 씨 닉 수척와 지원, 스트래스 클라이드 대학에서 지금, 글래스고을 박사 매튜 J. 베이커에게 감사의 말씀을 전합니다.

Materials

Dimodan U Danisco 15312 Store at 4°C, Non-hazardous. Irritant to eyes and skin
Phytantriol (> 95%, GC) TCI Europe N.V. P1674 Store at 4°C, Non-hazardous. Irritant to eyes and skin
Single walled Carbon Nanotubes (90%) Nanostructured & Amorphous Materials, Inc.  1246YJS Store at room temperature. Away from direct light. Irritating to eyes, skin and respiratory system
Multi-walled carboxylic acid functionalised Carbon Nanotubes (> 80% Caron basis, > 8% carboxylic acid functionalized) Sigma-Aldrich Co. LLC  755125 Store at room temperature. Away from direct light. Causes serious eye irritation. May cause respiratory irritation
Graphitized Multi-walled hydroxy functionalised Carbon Nanotubes (99.9%) Nanostructured & Amorphous Materials, Inc. (NanoAmor)  1224YJF Store at room temperature. Away from direct light. Irritating to eyes, skin and respiratory system
Pluronic F127 Sigma-Aldrich Co. LLC  P2443 BioReagent, suitable for cell culture. Not a hazardous substance or mixture. Store at room temperature.
Acetone (99.5%) Fisher Scientific  10134100 Highly flammable liquid. Causes serious eye irritation. May cause drowsiness or dizziness
Scintillation Vial VWR International Ltd 548‐0704 Soda‐lime glass vial with low background count Fitted with foil lined urea cap, 20 ml
Jars with loose, enfolding lids (375ml) VWR International Ltd 216-3308
Beaker , 1000mL Fisher Scientific  12942161 heavy duty, low form, with spout and graduations
Pasteur glass pipette (150 mm length) with latex bulb Fisher Scientific  10006021
Microcentrifuge tube conical snap cap 1.5mL Fisher Scientific  11558232
Spatula Fisher Scientific  11352204
Heating magnetic stirrer Fisher Scientific  11715704
Magnetic stirrer bars (cylindrical, opaque PTFE, 30mm x 7mm (l x diameter)) Fisher Scientific  10011792
Needle (0.9 mm x 40 mm cannula length) Terumo UK Ltd MN-2038MQ
Retort Stand Set – With stand, clamp, base, rod, rubber 3 jaw and bosshead Camlab Ltd, UK 1177157
Millipore water equipment Barnstead Nanopure, Thermoscientific, USA
Progen Genfuge 24D Digital Microcentrifuge Progen Scientific C-2400
Probe ultra-sonicator, with 13 mm  SONICS, Vibracell,  USA
5MP camera with auto-focus and LED flash Samsung Galaxy Fame Mobile camera
Raman Spectrometer Horiba Jobin-Yvon LabRAM HR800 spectrometer
Mastersizer 3000  Malvern Instruments Ltd, Malvern, United Kingdom
Small angle X-ray scattering (SAXS) SAXSpace camera (Anton Paar, Graz, Austria), X-ray generating equipment (ISO-DEBYEFLEX3003, GE Inspection Technologies GmbH), closed water circuit (Chilly 35, HYFRA, Germany). 
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Patil-Sen, Y., Sadeghpour, A., Rappolt, M., Kulkarni, C. V. Facile Preparation of Internally Self-assembled Lipid Particles Stabilized by Carbon Nanotubes. J. Vis. Exp. (108), e53489, doi:10.3791/53489 (2016).
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