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La carga controlable y el seguimiento de las moléculas de carga en tiempo real son cruciales para el desarrollo de nanorobots inteligentes. En un artículo reciente de la revista ACS nanoSílice encapsulada con nanodots de oro (Au) (SiO2) se prepararon nanopartículas y se recubrieron externamente con poli(norte-isopropilacrilamida) (PNIPAM), creando nanorobots sensibles a la temperatura.
Estudio: nanorobots huecos alimentados por enzimas para micromuestreo activo habilitado por activación de polímero termosensible. Crédito de la foto: GiroScience/Shutterstock.com
Las compuertas moleculares de nanocanales reguladas por temperatura en la capa exterior del PNIPAM proporcionaron acceso a un depósito hueco interno, con el cambio entre los estados «abierto» y «cerrado» de las compuertas reguladas por temperatura, lo que permite la liberación o carga a pedido de moléculas pequeñas. Los nanopuntos de Au incrustados en las sondas de dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS) promovieron la detección en tiempo real de la carga de carga molecular en los nanorobots huecos.
Los nanorobots preparados fueron dotados de un comportamiento autopropulsado impulsado por reacciones enzimáticas. Este comportamiento de propulsión de los nanorobots reguló la eficiencia de carga de la carga molecular. Además, la integración de níquel (Ni) en nanorobots permitió el transporte guiado por imanes de moléculas de carga bajo supervisión Raman en tiempo real. Por lo tanto, utilizando la estrategia actual, los investigadores demostraron el alcance de los nanorobots manipulables en el muestreo biomédico para promover el diagnóstico efectivo de enfermedades o la administración de fármacos.
Nanorobots en aplicaciones biomédicas
Los robots de muestreo han atraído recientemente el interés de la investigación por sus aplicaciones biomédicas y se han estudiado las características físicas y estructurales para permitir su aplicación práctica y comercialización en campos biomédicos y ambientales. El sistema basado en robot puede imitar la funcionalidad de un brazo humano para sostener y transportar objetos a través de un procedimiento predefinido. Los nanorobots han encontrado sus aplicaciones en la entrega de carga a sitios específicos en organismos en condiciones de laboratorio. A pesar de este desarrollo, la evaluación de los riesgos de los nanorobots y la exploración de su posible regulación siguen siendo prácticamente inexploradas.
Los nanorobots autopropulsados convierten diversas formas de energía en energía cinética para su movimiento mecánico. La funcionalidad de los nanorobots en un sistema vivo se puede ajustar cambiando sus características estructurales. Además, debido a sus movimientos libres, los nanorobots han encontrado su uso en aplicaciones biomédicas como la cirugía biológica, la administración de fármacos, la biodetección y la bioimagen.
Para aplicaciones prácticas de nanorobots en diagnóstico y tratamiento biomédico, es esencial controlar el movimiento del nanorobot en el sitio Seguimiento de las moléculas de la muestra. Los usos de nanorobots informados anteriormente en aplicaciones biomédicas incluyen nanorobots con superficies rugosas para la unión preferencial de células cancerosas en lesiones metastásicas y primarias, y nanorobots antimicrobianos cuyo trabajo se basó en el principio de interacciones anticuerpo-antígeno para la captura. Escherichia coli.
Nanorobots alimentados por enzimas
En el presente estudio, los nanopuntos de Au encapsularon SiO mesoporoso hueco2 Se fabricaron nanopartículas (HMSNP) con sondas SERS decoradas internamente que monitorean la en el sitio carga de moléculas de carga. El polímero injertado externamente, PNIPAM, está equipado con compuertas sensibles a la temperatura que regulan el control de nanocanales «abierto»/»cerrado» para acceder al depósito hueco interno. La enzima ureasa ha sido diseñada para crear nanorobots impulsados por enzimas que co-degradan moléculas de sustrato en el sitio Logre la disponibilidad a través de la reacción catalizada por enzimas y la autopropulsión para regular la eficiencia de carga de carga.
Aunque el movimiento impulsado por la ureasa de nanodots de Au injertados con PNIPAM cargó SiO2 nanopartículas ([email protected]2@PNIPAM o ASPU) mejoraron el rendimiento de carga de carga de nanorobots, su autopropulsión carecía de dirección. Para ello, se incorporó Ni al actuador magnético para controlar con precisión el movimiento de los nanorobots.
En primer lugar, las nanopartículas de ASPU con incorporación de Ni ([email protected]Se inyectaron nanorobots basados en ) en un área limpia de una cámara de prueba (impresa en 3D) a una temperatura de 37 grados centígrados para demostrar el funcionamiento sensible a la temperatura de la puerta de los nanorobots que estaban en estado cerrado.
El gradiente magnético se establece más tarde. [email protected] creó una fuerza de tracción que condujo a los nanorobots a lo largo del canal prefabricado hasta el área de carga. Por lo tanto, los nanorobots de muestreo equipados con funcionalidad de detección activa podrían allanar el camino hacia los nanorobots biomédicos inteligentes de próxima generación, lo que conduciría a su aplicación en teranóstica avanzada.
Conclusión
En resumen, se han construido nanorobots autopropulsados y dirigidos magnéticamente basados en nanopartículas de ASPU. Estos nanorobots consistían en uno [email protected]2-cuerpo estructurado hueco a base de capas externas de PNIPAM con compuertas de temperatura controlada, capa funcional de Ni y enzima ureasa.
Control de temperatura inducido por descomposición de ureasa y eficiencia de carga de carga regulada por autopropulsión. El cierre y apertura con control de temperatura de las compuertas en el caparazón del PNIPAM protegieron la carga cargada del medio ambiente. Además, la prueba de concepto de los nanorobots de muestras biológicas demostró sus capacidades de carga, orientación, encapsulación y liberación a través de la supervisión en tiempo real de la carga de carga mediante detección Raman.
Además, la reacción biocatalítica inducida por enzimas facilitó las funciones de muestreo, captura y transporte de los nanorobots diseñados. Sin embargo, la comercialización de los nanorobots de micromuestreo construidos en el presente estudio debe explorarse más a fondo para lograr un control de temperatura preciso y confiable en un sistema vivo.
Además, los nanorobots de biomuestreo desarrollados requieren técnicas biológicas de alta resolución, como imágenes médicas, para rastrear su movimiento en el cuerpo. Un problema importante que se espera que los investigadores resuelvan en el futuro es el efecto de los fluidos biológicos o contaminantes en el potencial de trabajo de los nanorobots.
Relación
X Liu, W Chen, D Zhao, X Liu, Y Wang, Y Chen y Ma. X. Nanorobots huecos alimentados por enzimas para micromuestreo activo habilitado por activación de polímero termosensible ACS nano https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c00401
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