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.
نقدم طريقة سطحي للتحضير جزيئات الدهون ذات البنية النانومترية استقرت أنابيب الكربون النانوية (الأنابيب النانوية الكربونية). احد الجدران (البكر) ومتعددة الجدران تستخدم (functionalized) الأنابيب النانوية الكربونية ومثبتات لإنتاج نوع بيكرينغ النفط في المياه (O / W) المستحلبات. الدهون وهي تستخدم Dimodan U وPhytantriol والمستحلبات، والتي في المياه الزائدة بالنفس تجميع في المرحلة Pn3m مكعب bicontinuous. تجزئة هذه المرحلة لزجة جدا إلى جسيمات أصغر باستخدام ultrasonicator التحقيق في وجود مثبتات السطحي التقليدية أو الأنابيب النانوية الكربونية كما فعلت هنا. في البداية، وفرقت الأنابيب النانوية الكربونية (شكل مسحوق) في الماء لتتبعها بعد ذلك ultrasonication مع الدهن المنصهر لتشكيل مستحلب النهائي. وخلال هذه العملية الأنابيب النانوية الكربونية مكسوة جزيئات الدهون، والتي يفترض بدوره لتطويق قطرات الدهون لتشكيل مستحلب الجسيمات التي هي مستقرة لعدة أشهر. متوسط حجم الجسيمات الشحمية ذات البنية النانومترية استقرت CNT-هو في ص submicronانجى، الذي يقارن بشكل جيد مع الجسيمات استقرت باستخدام السطحي التقليدية. صغير البيانات زاوية الأشعة السينية تشتت يؤكد الإبقاء على المرحلة مكعب الأصلية Pn3m في التفرق الدهون استقرت CNT-بالمقارنة مع المرحلة الدهون نقية (ولاية السائبة). تحول الأزرق وخفض كثافة في مجموعة مميزة وشرائح G 'من الأنابيب النانوية الكربونية لوحظ في رامان الطيفي تميز التفاعل بين المياه السطحية والدهون جزيئات المركز الوطني للاستشعار. وتشير هذه النتائج إلى أن التفاعلات بين الأنابيب النانوية الكربونية والدهون هي المسؤولة عن استقرار المتبادل في المحاليل المائية. حيث أن التركيزات من الأنابيب النانوية الكربونية المستخدمة لتثبيت منخفضة جدا وجزيئات الدهون قادرون على functionalize تشارك المركز الوطني، ومن المتوقع أن تكون تافهة في حين تم تعزيز توافق مع الحياة الخاصة بهم إلى حد كبير سمية الأنابيب النانوية الكربونية. ومن هنا يجد النهج الحالي إمكانات كبيرة في مختلف التطبيقات الطبية الحيوية، على سبيل المثال، لتطوير أنظمة nanocarrier الهجينة لإيصال مultiple جزيئات الوظيفية كما هو الحال في الجمع بين العلاج أو polytherapy.
على مدى العقود القليلة الماضية، ظهرت تكنولوجيا النانو باعتبارها أداة قوية خصوصا في مجال التنمية قبل السريرية للدواء لمكافحة الأمراض سيئة السمعة مثل السرطان 1. في هذا السياق، والهياكل النانوية مع حجم <1000 نانومتر يتم استكشاف على نطاق واسع كوسيلة إيصال مختلف الجزيئات الحيوية النشطة مثل المخدرات، والبروتينات، والأحماض النووية والجينات وكلاء التصوير التشخيصي 1-4. إما مغلفة هذه الجزيئات الحيوية داخل النانوية أو مترافق على سطح الجسيمات النانوية ويتم الافراج في موقع العمل من قبل المشغلات مثل درجة الحموضة أو 5،6 درجات الحرارة. وإن كانت صغيرة جدا في الحجم، ومساحة كبيرة من هذه الجسيمات النانوية يبرهن على أن تكون مفيدة كثيرا للتسليم المستهدفة من الجزيئات الحيوية النشطة. السيطرة على حجم الجسيمات وتوافق مع الحياة أمر في غاية الأهمية من أجل تحسين الكفاءة العلاجية، وبالتالي إمكانية تطبيق النانوية 7،8.تم الدهون 13/09، والبوليمرات 14،15، 16،17 المعادن والأنابيب النانوية الكربونية 18،19 يعملون عادة باسم nanocarriers لمختلف التطبيقات الطبية الحيوية والأدوية.
وعلاوة على ذلك، تطبيقات nanocarrier على أساس النانو الذاتي تجميع الدهون لها أهمية واسعة في العديد من التخصصات الأخرى بما في ذلك المواد الغذائية ومستحضرات التجميل 20،21. على سبيل المثال، يتم استخدامها في البروتين تبلور 22، والفصل بين الجزيئات الحيوية 23، ومثبتات الغذاء على سبيل المثال، في الحلويات 24، وفي إيصال الجزيئات النشطة مثل المواد الغذائية والنكهات والعطور 25-31. النانو الدهن الذاتي تجميعها لا تملك إلا أن القدرة على إطلاق الجزيئات النشطة بيولوجيا بشكل مضبوط واستهدفت 32-38 وإنما هي أيضا قادرة على حماية الجزيئات وظيفية من المواد الكيميائية والأنزيمية تدهور 39،40. على الرغم من أن طبقة ثنائية السوائل مستو هو الأكثر بالاتصالاتعلى البنية النانوية التي شكلتها جزيئات الدهون محبة للجهتين في وجود الماء، وغيرها من الهياكل مثل سداسية ومكعب كما يلاحظ عادة 20،41،42. نوع من البنية النانوية شكلت تعتمد على بنية الشكل الجزيئي الدهون "، وتكوين الدهون في الماء وكذلك على الظروف الفيزيائية والكيميائية المستخدمة مثل درجة الحرارة والضغط 43. انطباق النانو الدهون غير مستو ولا سيما ان من مراحل مكعب، ويقتصر بسبب اللزوجة العالية واتساق نطاق غير متجانسة. والتغلب على هذه المشاكل عن طريق تشتيت النانو الدهون في كمية كبيرة من الماء لتكوين المستحلبات التي تحتوي على ميكرون أو submicron الحجم الجسيمات الشحمية النفط في المياه (O / W). بهذه الطريقة، وهو منتج مناسب من اللزوجة المنخفضة يمكن أن تكون مستعدة مع الإبقاء على هيكل الذاتي تجميع الدهون الأصلي داخل الجزيئات المتناثرة. تشكيل هذه الجزيئات داخليا الذاتي تجميعها (مختصر النحو ISAsomes 44 </sup> على سبيل المثال، cubosomes من مراحل مكعب وhexosomes من مراحل سداسية) يتطلب عادة مزيج من خطوة مدخلات الطاقة العالية وإضافة مثبتات مثل السطحي أو البوليمرات. البحوث التي أجريت مؤخرا في هذا الاتجاه يدل على تطبيق العديد من الأجسام الصلبة 45 بما في ذلك النانوية السيليكا 46، الطين 47-49 وأنابيب الكربون النانوية (50) لاستقرار المستحلبات المذكورة آنفا، ووصف مناسب كما بيكرينغ 51 أو المستحلبات رامسدن-بيكرينغ 52.
في السنوات الأخيرة، والكربون النانوية مثل الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs) على أساس، وتلقى الأنابيب النانوية متعددة الجدران الكربون (MWCNTs) والفلورين قدرا كبيرا من الاهتمام باعتبارها الحيوية رواية 53،54. الشواغل الرئيسية هي سميتها 55-58، الذوبان المياه 59 وبالتالي على توافق مع الحياة 56. وسيلة فعالة لمعالجة هذه القضايا هي وظيفة السطحalization باستخدام جزيئات غير سامة وحيويا مثل الدهون. في وجود الماء والدهون تتفاعل مع الأنابيب النانوية الكربونية بطريقة سطح مسعور من الأنابيب النانوية الكربونية محمية من وسط مائي القطبي في حين أن الجماعات رئيس ماء الدهون المعونة ذوبانها أو التشتت في المياه 60،61. الدهون هي مكونات لا يتجزأ من العضيات الخلوية وكذلك بعض المواد الغذائية، لذلك زخارفها يجب أن تنخفض بشكل مثالي سمية في الجسم الحي من الأنابيب النانوية الكربونية. التطبيقات الطبية الحيوية على أساس مستقل على الأنابيب النانوية الكربونية 18،19 والنانو الدهون 9-13 قيد التطوير اسعة النطاق ولكن التطبيقات التي تجمع بين خصائص هما لم تستكشف جيدا.
في هذا العمل، ونحن توظيف نوعين مختلفين من الدهون وثلاثة أنواع من الأنابيب النانوية الكربونية والتي SWCNTs في شكل البكر في حين أن functionalized MWCNTs مع الهيدروكسيل ومجموعات الكربوكسيل. وقد استخدمنا تركيزات منخفضة جدا من الأنابيب النانوية الكربونية لإعداد التفرق الذييعتمد الاستقرار على عدة عوامل مثل نوع من الدهون، نوع من المركز الوطني للاستشعار، ونسبة من الدهون إلى المركز الوطني للاستشعار المستخدمة، وكذلك على المعلمات صوتنة يعملون مثل الطاقة ومدتها. يوفر هذا البروتوكول الفيديو التفاصيل الفنية من وسيلة لتحقيق الاستقرار حركيا النانوية الدهون باستخدام مختلف CNT-مثبتات.
استقرار جزيئات الدهون
وتستخدم ثلاثة الأنابيب النانوية الكربونية مختلفة لتحقيق الاستقرار في التفرق الدهنية؛ اثنتان منها متعددة الجدران وfunctionalized باستخدام -OH والجماعات -COOH، واحد هو واحد الجدران وغير functionalized (البكر). تشارك المركز الوطني تختلف في حجم النحو…
The authors have nothing to disclose.
ونود أن نشكر الدكتور ماثيو جيه بيكر، والآن في جامعة ستراثكلايد، غلاسكو للدعم مع التجارب رامان والسيد نيك كئيبة لعمله مسبق من هذا المشروع.
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). |