Tlenek azotu (z ang. nitric oxide – NO) jest jedną z najważniejszych cząsteczek przenoszących sygnały w żywych organizmach. Niedobór tlenku azotu stwierdza się w wielu chorobach, np. w miażdżycy, cukrzycy, nadciśnieniu tętniczym, czy niewydolności nerek. Zachowanie odpowiedniego stanu NO w organizmie człowieka jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania. W celu monitorowania stężenia tlenku azotu oraz innych ważnych substancji w organizmie, naukowcy z MIT (Massachusetts Institute of Technology) opracowali wszczepialne czujniki z nanorurek węglowych.
Cząsteczki tlenku azotu przekazują m.in. komunikaty z mózgu do mięśni i koordynującą pracę układu immunologicznego. Cząsteczki NO chronią także organizm przed chorobami, zabijając obce, niepożądane komórki. Sensory z dwuwymiarowego arkusza węgla (grafen) pozwalają na weryfikowanie ilości NO w czasie rzeczywistym. Zwinięte, węglowe arkusze tworzą nanorurkę, która jest pusta w środku. Średnica opracowanej jednościennej rurki wynosi tylko 1 nanometr. Do detekcji stężenia substancji zostało wykorzystane zjawisko fluorescencji (emisji światła) nanorurek węglowych. W zależności od ilości tlenku azotu w ciele, nanorurka emituje światło o różnym natężeniu.
Naukowcy stworzyli dwa typy sensorów – pierwszy o krótkotrwałym czasie działania, wstrzykiwany do krwiobiegu, oraz drugi o dłuższym czasie działania, osadzony w żelu i wszczepiany pod skórę. Do pierwszego dodano politlenek etylenu (z ang. polyethylene glycol, PEG), który ułatwia aplikację, zwiększa biokompatybilność oraz chroni narządy wewnętrzne (płuca, serce) przed uszkodzeniem. Badania przeprowadzone na myszach nie wykazały defektów organów zwierząt. Większość czujników zgromadziła się w wątrobie i nerkach, skąd były prowadzone pomiary. Nanoczujniki o dłuższym czasie działania zostały zatopione w alginianie – żelu, który jest składnikiem ścian komórkowych wielu alg i trawy morskiej. Implant wszczepiony pod skórę myszy doświadczalnych funkcjonował bezawaryjnie przez 400 dni. Naukowcy są zdania, że czas działania może być dłuższy.
Pomiary stężenia tlenku azotu w organizmach myszy polegały na nakierowaniu promienia lasera bliskiej podczerwieni na dany narząd i odczytaniu natężenia światła fluorescencyjnego emitowanego przez nanorurki po związaniu się z NO. Według badaczy tego rodzaju czujniki mogą być stosowane do wykrywania i monitorowania rozwoju raka, substancji toksycznych, infekcji, czy stanów zapalnych powodowanych przez sztuczne protezy.
Naukowcy pracują obecnie nad nanoczujnikiem dla osób chorych na cukrzycę. Technologia ma zostać dostosowana do kontroli poziomu glukozy bez potrzeby tradycyjnego wkłuwania igły w ciało.
Źródło:
[1] In vivo biosensing via tissue-localizable near-infrared-fluorescent single-walled carbon nanotubes. Nicole M. Iverson, Paul W. Barone, Mia Shandell, Laura J. Trudel, Selda Sen, Fatih Sen, Vsevolod Ivanov, Esha Atolia, Edgardo Farias, Thomas P. McNicholas, Nigel Reuel, Nicola M. A. Parry, Gerald N. Wogan & Michael S. Strano. Nature Nanotechnology 8, 873–880 (2013)
[2] http://www.nature.com/nnano/journal/v8/n11/extref/nnano.2013.222-s1.pdf | 18.11.2013
[3] http://web.mit.edu/newsoffice/2013/new-implantable-sensor-1103.html | 18.11.2013
[4] http://www.aloesizdrowie.pl/index/news/idCategory/97 | 18.11.2013
[5] Nanotube sensor by Oregon State University, flickr.com, CC BY-SA 2.0