Haberler :

arkadasfan

arkadasfan Yazdı...



Nanoparticles / Nanoparçacıklar / Kolloidal altın

14 Aralık 2014 Bu içerik 4.826 kez okundu.

Manyetik-nanotanecik teknolojisi biyosensörlere çağ atlatabilir, Google, nanoparçacıklarla kanseri önceden teşhis edecek

Dikkat bu döküman birden fazla kaynak içeriyordur.

Kolloidal altın, nanoaltın olarak da bilinir, sıvı (genelde su) içinde mikrometre-altı büyüklükte altın tanecikleri süspansiyonudur (yani kolloididir). Sıvının rengi genelde parlak kırmızı (100 nm'den küçük tanecikler için) veya pis sarı renklidir (daha büyük tanecikler için).[1][2]

Eski çağlardan beri varlığı bilinen kolloidal altın sentezi önceleri cam renklendirmede kullanılırdı.[3] Kolloidal altının modern bilimsel incelemesi Michael Faraday'ın 1850'lerdeki çalışması ile başladı.[4][5] Altın nanotaneciklerinin kendilerine has optik,elektronik ve moleküler tanıma özellikleri nedeniyle bunlar aktif bir araştırma konusudur, uygulama alanları elektron mikroskopisi, elektronik, nanoteknoloji, malzeme bilimi gibi alanlardadır.[6][7]

Kolloidal altın nanotaneciklerinin özellikleri ve uygulamaları onların şekillerine bağlıdır. Örneğin çubuk şekilli taneciklerin hem yanlamasına hem de boylamasına ışık soğururlar; şeklin anizotropisi taneciklerin özbirleşmesine (İng. self assembly) etki eder

Sentez

Genelde altın nanotanecikleri sentezi, sıvı içinde, kloroaurik asit (H[AuCl4])'in indirgenmesi yoluyla yapılır, ama daha ileri ve hassas yöntemler de mevcuttur. H[AuCl4] çözüldükten sonra çözelti hızla karıştırılırken bir indirgen eklenir. Bunun etkisiyle Au3+ iyonları nötür altın atomlarına indirgenir. Bu altın atomlarından gittikçe artan sayıda oluştukça çözelti süperdoyumlu hale gelir ve altın, nanometre-altı boyutlu tanecikler olarak çökelmeye başlar. Oluşan altın atomları mevcut taneciklere yapışır ve çözelti yeterince hızlı karıştırılırsa oluşan tanecikler oldukça üniform büyüklükte olur.

Tanecikler öbekleşmesini (aggeregatıon) engellemek için, nanotanecikler yapışan bir çeşit stabilizör ajan genelde eklenir. Tanecikler çeşitli organik ligandlarla fonksiyonalize edilip (ornatılıp) özel işlevleri olan organik-inorganik hibritler yaratılabilir.[4] Nanoaltın lazer aşındırması (laser ablation) ile de sentezlenebilir.

Turkevich yöntemi

J. Turkevich ve çalışma arkadaşları tarafından 1951'de keşfedilen[9][10] ve 1970'lerde G. Frens tarafından geliştirilen yöntem, en basit olanıdır. Genelde suda süspansiyon halinde olan, nispeten eşdağılımlı (monodisperse), 10–20 nm çapında küresel altın tanecikler oluşturmak için kullanılır. Daha büyük tanecikler de oluşturulabilir ama bunun bedeli monodispersite ve şekilden kayıp vermektir. Az miktarda sıcak kloraurik asit ile az miktarda sodyum sitratın tepkimesi söz konusudur. Kolloidal altın oluşmasının nedeni, sitrat iyonlarının altın taneciklerinin birbirine yapışmasına engel olmasıdır.

Turkevich tepkimesinde küresel altın taneciklerinin oluşması sırasında, geçici ara ürünler olarak yaygın altın nanotellerden oluşan bir ağ oluşur. Solüsyonun yakut kırmızısı bir renk almadan önceki koyu görünüşünün nedeni bu altın nanotellerdir.

Daha büyük tanecikler oluşturmak için daha az sodyum sitrat eklenmelidir (0,05% oranına kadar azaltılabilir, daha azı tüm altını indirgemeye yetmez). Sodyum sitrat miktarındaki azalma taneciklerin stabilizasyonu için mevcut sitrat iyonu miktarını azaltır, böylece küçük tanecikler öbekleşerek daha büyük tanecikler oluşur (ta ki, tüm taneciklerin toplam yüzey alanı mevcut sitratlar tarafından kaplanacak kadar azalır).


Brust yöntemi

Bu yöntem Brust ve Schiffrin tarrafından 1990'larda keşfedilmiştir.[14] ve toluen gibi suyla karışmayan organik sıvılar içinde altın naotanecikleri üretmekte kullanılabilir. Kloroaurik asit solüsyonu, tolüen içinde tetraoktilammonyum bromür (TOAB) çözeltisi ve sodyum borohidrür(NaBH) ile reaksiyonu yapılır. TOAB hem faz transfer katalizörü hem de stabilizör ajandır, NaBH ise indirgeyici ajandır. Altın nanotanecikler 5–6 nm.[15] boyunda olur.

TOAB altın taneciklere sıkıca bağlanmaz, dolayısıyla çözelti iki hafta boyunca yavaş yavaş çökelir. Buna engel olmak için bir tiyol (özellikle alkantiyoller) gibi daha kuvvetli bir bağlayıcı ajan eklenebilir. Bunlar altın ile kovalent bağlanarak kalıcı bir solüsyon oluşturur. Alkantiyol tarafından korunmuş nanoaltın tanecikleri çökeltilip sonra tekrar çözündürülebilir. Saflaştırılmış nanotaneciklerde faz transfer ajanından bir miktar kalmış olabilir, bunun sonucu taneciklerin çözünürlük gibi bazı fiziksel özellikler etkilenebilir. Bu ajanın mümkün olduğu kadar çok bir kısmının giderilmesi için nanotaneciklerin Soxhlet ekstraksiyonu ile daha da saflaştırılması gerekebilir.

Perrault Yöntemi

Perralut ve Chan tarafından 2009'da keşfedilen bu yöntem[16] tohum olarak altın nanotanecik içeren sulu çözeltide HAuCl4'indirgemek için hidrokuinon kullanır. Bu süreç, fotoğraf filim banyosunda kullanılana benzerdir, filim içindeki gümüş tanecikler, üzerlerine indirgenmiş gümüş eklenmesi ile büyür. Benzer şekilde, altın tanecikler hidrokuinon ile etkiyerek iyonik altının kendi yüzeyleri üzerinde indirgenmesini katalizler. Sitrat gibi bir stabilizör taneciklerin kontrollü büyümesini sağlar. Tipik olarak nanotanecik tohumlar sitrat yöntemi ile üretilir. Hidrokuinon yöntemi Frens yöntemini tamamlar,[11][12] çünkü üretilebilen monodispers küresel taneciklerin çeşitliliğini genişletir. Frens yöntemi 12-20 nm tanecikleri için idealdir, hidrokuinon yöntemi ise 30-250 nm tanecikleri üretebilir.


Sonoliz

Altın taneciklerinin deneysel üretiminin bir diğer yöntemi sonolizdir. Ultrasona dayalı bu tür bir işlemde, HAuCl4'nin glukoz ile reaksiyonu olur.[kaynak belirtilmeli] Hidroksil radikalleri ve suyun içindeki kavitelerin çöktüğü olduğu arayüz bölgesinde meydana gelen şekerpiroliz radikalleri indirgeyici ajan olarak etkir. Reaksiyonun ürünü nanoşeritlerdir, bunlar 30 -50 nm genişlikte ve birkaç mikrometre uzunluktadır. Bu şeritler çok esnektir ve 90°'den büyük açılarla eğrilebilirler. Glukoz yerine bir glikoz oligomeri olan siklodekstrinkullanılınca sadece küresel altın tanecikleri meydana gelir; dolayısıyla şerit oluşmasında glukozun rolü olduğu anlamı çıkar.


Tarih

Eski çağlarda Hayat İksiri olarak adlandırılan, altından yapılmış bir iksirin varlığı hakkında çok yazılmıştır. Kolloidal altın Antik Roma döneminde cam boyamak için kullanılırdı, altının konsantrasyonuna bağlı olarak parlak sarı, kırmızı veya leylak rengi elde edilirdi. Hindu Kimyasında da altın, çeşitli iksirler yapmak için kullanılmıştır. 16. yüzyılda simyacı Paracelsus Aurum Potabile (Latince: içilebilir altın) yapmıştır. 17. yüzyılda cam boyama işlemi Andreus Cassius ve Johann Kunchell tarafından geliştirilmiştir. 1842'de John Herschelkolloidal altın kullanılarak resimlerin kağıt üzerine kaydedildiği Chrysotype (Yunanca altın sözcüğünden türetme) adlı bir fotoğrafçılık işlemi icat etmiştir. Paracelsus'un çalışması Michael Faraday'a ilham kaynağı olmuş ve 1857'de ilk saf kolloidal altın örneğini hazırlayıp ona "etkinleştirilmiş altın" adını vermiştir. Faraday, altın klorür solüsyonunu indirgemek için fosfor kullanmıştır.

Uzun bir süre Cassius'un yakut-renkli altınının bileşimi belli değildi. Hazırlanışı nedeniyle bazı kimyacılar onun bir altın-kalay bileşiği olduğundan şüphelenmişti.[17][18] Bileşiğin renginin altın taneciklerin küçük boyundan kaynaklandığını ilk anlayan Faraday olmuştur.[19]1898'te Richard Adolf Zsigmondy ilk derişik solüsyonda kolloidal altın hazırladı.[20] Ultrasantrifugasyonu icat eden Sevdberg ve küresel tanecikler tarafından ışık saçılımı ve soğrulmasının teorisi geliştiren Mie de kolloidal altın'ın sentez ve özelliklerine ilgi göstermiştir.[8]

Elektron mikroskopisi

Ana madde: immünoaltın işaretlemesi

Kolloidal altın ve onun çeşitli türevleri biyolojik elektron mikroskopisinde en çok kullanılan kontrast ajanlarından olmuştur.[21][22][23][24][25] Kolloidal altın tanecikleri antikor, lektin, süperantijen, glikan, nükleik asit gibi çeşitli geleneksel biyolojik problara bağlanabilir.[26]Farklı boyda tanecikler elektron mikrograflarında kolaylıkla ayırdedilebilir, böylece simültane çoklu işaretleme deneyleri yapılabilir.[27]

Sağlık ve tıbbi uygulamaları

Sıçanlarda romatoid artrit'in tedavisinde kolloidal altın başarılı şekilde kullanılmıştır.[28] İlgili bir çalışmada[29]

In vitro bir deneyde, kolloidal altın ve mikrodalga ışınım birlikte kullanılarak Alzheimer hastalığı ile ilişkili plak ve beta-amiloid fibrillerin imha edilebildiği gösterilmiştir.[30] Altın taneciklerin ışınımla ısıtıldığı benzer uygulamalar hakkında araştırmalar sürmektedir.[31]

İlaç taşıması

Altın nanotanciklerinin Paclitaxel gibi ilaçlar için taşıyıcı olmaları araştırılmaktadır.[32] Hidrofobik ilaçların verilmesi moleküler enkapsülasyon (kapsülleme) gerektirmektedir ve nano-büyüklükte taneciklerin retiküloendotelial sistemden kaçınmakta özellikle verimli oldukları bulunmuştur.

Tümör tespiti

Kanser araştırmasında kolloidal altın tümörleri hedeflemekte ve SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) ile onların in vivo tespitinde kullanılabilir. Altın nanotanecikler Raman habercileriyle (reporter) çevrilidir, bunların ışık emisyonu kuantum noktalardan 200 kat parlaktır. Nanotanecikler tiyol-modifiye polietilen glikol (PEG) örtü ile kapsüllendikeri zaman Raman habercilerin stabilize oldukları bulunmuştur. Bu sayede in vivo dolaşım ve uyum sağlanır. Tümör hücrelerini spesifik olarak hedeflemek için PEGlenmiş altın tanecikler bir antikor (veya scFv gibi bir antikor parçası ile) ile konjüge edilir. Antikor, Epidermal büyüme faktörü reseptörü gibi belli kanser tiplerinin hücrelerinde yüksek oranda ifade edilen bir proteine spesifiktir. SERS kullanılarak bu PEGlenmiş altın tanecikleri tümörün yerine tespit etmekte kullanılabilir.[33]

Fototermal ajanlar

Altın nanoçubuklar in vivo uygulamalarda fototermal ajan olarak kullanımı araştırılmaktadır. Altın nanoçubuklar çubuk şekilli nanotaneciklerdir, biçimlerinin ışığın oranı yüzey plasmon resonans (Surface Plasmone Resonance, SPR) bandını ayarlar. SPR'deki toplam ışık sönümü soğurma ve saçılımdan meydana gelir. Küçük eksen çaplı nanoçubuklar (~10 nm) için soğurma baskındır, daha uzun eksen çaplı (>35 nm) çubuklar saçılım baskındır. Dolayısıyla, in-vivo uygulamalarda küçük çaplı altın çubuklar yakın kızıl ötesi ışık için fototermal dönüştürücü olarak kullanılırlar, yüksek soğurma ara kesitleri nedeniyle.[kaynak belirtilmeli] Yakın kızılötesi ışık, insan derisi ve dokuları içinden kolaylıkla geçtiği için, bu nanoçubuklar kanser ve diğer hedefler için aşındırma (ablation) bileşikleri olarak kullanılabilirler.Polimerlerle kaplandıkları zaman altın nanoçubuklarının dolaşım sisteminde 15 saatlik bir yarı ömürle kalabildikleri bulunmuştur.[kaynak belirtilmeli]

Kaynakça

^ Bernhard Wessling, Conductive Polymer / Solvent Systems: Solutions or Dispersions?, 1996 (on-line here)
^ University of Edinburgh School of Physics: Colloids (mentions Elixir of Life)
^ Murphy CJ, Gole AM, Stone JW, et al. (2008). "Gold nanoparticles in biology: beyond toxicity to cellular imaging". Acc. Chem. Res.41: 1721–30. doi:10.1021/ar800035u. PMID 18712884.
^ a b V. R. Reddy, "Gold Nanoparticles: Synthesis and Applications" 2006, 1791, and references therein
^ Michael Faraday, Philosophical Transactions of the Royal Society, London, 1857
^ Paul Mulvaney, University of Melbourne, The beauty and elegance of Nanocrystals, Use since Roman times
^ C. N. Ramachandra Rao, Giridhar U. Kulkarni, P. John Thomasa, Peter P. Edwards, Metal nanoparticles and their assemblies, Chem. Soc. Rev., 2000, 29, 27-35. (on-line here; mentions Cassius and Kunchel)
^ a b Sharma, Vivek; Park, Kyoungweon; Srinivasarao, Mohan (2009). "Colloidal dispersion of gold nanorods: Historical background, optical properties, seed-mediated synthesis, shape separation and self-assembly". Material Science and Engineering Reports 65 (1-3): 1–38. doi:10.1016/j.mser.2009.02.002.
^ J. Turkevich, P. C. Stevenson, J. Hillier, "A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold", Discuss. Faraday. Soc. 1951, 11, 55-75.
^ J. Kimling, M. Maier, B. Okenve, V. Kotaidis, H. Ballot, A. Plech, "Turkevich Method for Gold Nanoparticle Synthesis Revisited", J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15700-15707.
^ a b G. Frens, "Particle size and sol stability in metal colloids", Colloid & Polymer Science 1972, 250, 736-741.
^ a b G. Frens, "Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold suspensions", Nature (London), Phys. Sci. 1973, 241, 20-22.
^ BK Pong et al. J. Phys. Chem. C, 111 (17), 6281 -6287, 2007. New Insights on the Nanoparticle Growth Mechanism in the Citrate Reduction of Gold(III) Salt: Formation of the Au Nanowire Intermediate and Its Nonlinear Optical Properties
^ M. Brust; M. Walker; D. Bethell; D. J. Schiffrin; R. Whyman (1994). "Synthesis of Thiol-derivatised Gold Nanoparticles in a Two-phase Liquid-Liquid System". Chem. Commun.: 801. doi:10.1039/C39940000801.
^ Manna, A.; Chen, P.; Akiyama, H.; Wei, T.; Tamada, K.; Knoll, W. (2003). "Optimized Photoisomerization on Gold Nanoparticles Capped by Unsymmetrical Azobenzene Disulfides". Chem. Mater. 15 (1): 20–28. doi:10.1021/cm0207696.
^ S.D. Perrault; W.C.W. Chan (2009). "Synthesis and Surface Modification of Highly Monodispersed, Spherical Gold Nanoparticles of 50-200 nm". J. Am. Chem. Soc. 131: 17042. doi:10.1021/ja907069u.
^ Gay-Lussac (1832). "Ueber den Cassius'schen Goldpurpur". Annalen der Physik 101 (8): 629–630. doi:10.1002/andp.18321010809.
^ Berzelius, J. J. (1831). "Ueber den Cassius' schen Goldpurpur". Annalen der Physik 98 (6): 306–308.doi:10.1002/andp.18310980613.
^ Faraday, M. (1857). "Experimental Relations of Gold (and Other Metals) to Light,". Philos. Trans. R. Soc. London 147: 145.doi:10.1098/rstl.1857.0011.
^ Zsigmondy, Richard (December 11, 1926). "Properties of colloids". Nobel Foundation. Erişim tarihi: 2009-01-23.
^ "Colloidal gold, a useful marker for transmission and scanning electron microscopy" by M Horisberger and J Rosset
Journal of Histochemistry and Cytochemistry Volume 25, Issue 4, pp. 295-305, 04/01/1977
[1]
^ Electron Microscopy, 2nd Edition, by John J. Bozzola, Jones & Bartlett Publishers; 2 Sub edition (October 1998) ISBN 0763701920
^ Practical Electron Microscopy: A Beginner's Illustrated Guide, by Elaine Evelyn Hunter. Cambridge University Press; 2nd edition (September 24, 1993) ISBN 0521385393
^ Electron Microscopy: Methods and Protocols (Methods in Molecular Biology), by John Kuo (Editor). Humana Press; 2nd edition (February 27, 2007) ISBN 1588295737
^ "Staphylococcal protein a bound to colloidal gold: A useful reagent to label antigen-antibody sites in electron microscopy", by Egidio L Romanoa and Mirtha Romanoa. Immunochemistry Volume 14, Issues 9-10, September-October 1977, Pages 711-715, doi:10.1016/0019-2791(77)90146-X
^ Simultaneous visualization of chromosome bands and hybridization signal using colloidal-gold labeling in electron microscopy [2]
^ Double labeling with colloidal gold particles of different sizes
^ Amelioration of collagen-induced arthritis in rats by nanogold.
^ Two years follow-up study of the pain-relieving effect of gold bead implantation in dogs with hip-joint arthritis.
^ Gold is newest weapon in battle against Alzheimer's
^ Therapeutic possibilities of plasmonically heated gold nanoparticles.
^ Paclitaxel-Functionalized Gold Nanoparticles Jacob D. Gibson, Bishnu P. Khanal, and Eugene R. Zubarev J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11653-11661 DOI:10.1021/ja075181k
^ Qian, Ximei. "In vivo tumor targeting and spectroscopic detection with surface-enhanced Raman nanoparticle tags." Nature Biotechnology. 2008. Vol 26 No 1.

K:Wiki

* * * * * * * * * *

Elde tutulabilir biyosensörler ve teşhis cihazları, ferromanyetik demir oksit nanoparçacıklarının kullanımının gelişmesiyle beraber (manyetik nanotaneler olarak da bilinirler) ileriye doğru büyük adımlar atmaktadır. Oregon Eyalet Üniversitesi (OSU) bilim adamlarına göre, bu nanotanelerin kullanımıyla cihazlar küçük, hızlı, üretimi ucuz ve daha doğru sonuçlar veren hale gelebilirler.

Günümüzdeki mikroakışlı kimyasal assay sistemleri hakkında OSU grubu yaptığı değerlendirmede ” Pahalı ekipman gerektiriyor, uzman personel ve gelişmiş laboratuarla ancak kullanılabilir” diyor. Yeni sistemde ise ferromanyetik demir oksit nanopartikülleri (bildiğimiz demir pasının küçük tanecikleri) biyokimyasal problara eklenebilecek. Özel kimyasallarla karşılaştığında ortaya çıkan nanoparçacıkların ferromanyetik titreşimi (rezonans) elektronik olarak bir bilgisayar tespit cihazına taşınabilir, böylece kimyasalların varlığı anlaşılabilir.
Araştırmacılar suda, havada ince bir film tabakaya veya karışık işlemlere ihtiyaç duymadan herşeyin bu teknolojiyle tespit edilebileceğini öngörüyorlar.

“Kullandığımız parçacıklar şu an yaygın olarak kullanılan teşhis testlerindekilerden 1000 kat daha küçük ve böylece cihaz taşınabilir olacak kadar küçülüyor” diyor takım lideri Prof. Vincent Remcho. ” Önemli olmasının yanında bu nanoparçacıklar demirden yapılmış. Bu nedenle manyetik ve elektronik işlemleri uygulanarak cihazlar ayrıca bilgiye ulaşmamızı sağlayan sinyal verme aletine dönüştürülebilir”.

Bu cihazın mümkün olan kullanım alanları ise; anti-terör, su iyileştirilmesi (arıtım), çevresel takip, kargo şüphelileri tespiti, biyomedikal uygulamalar (tıpta), ilaç testleri ve gıda güvenliği. Teknolojinin temel kullanılabilirliği deneylerle kanıtlanmış durumda , bilim adamları şu an ise kullanım alanlarına uygun hale getirmeye çalışıyorlar sistemi.

* * * * *
Google, nanoparçacıklarla kanseri önceden teşhis edecek



Wall Street Journal’ın düzenlediği bir etkinlikte geleceğe dair planlarını açıklayanGoogle, önümüzdeki yıllar içerisinde nanoparçacıklar yardımıyla insan kanını analiz ederek sağlık sorunlarını tespit edebileceklerini açıkladı.

Teknolojiye olduğu kadar sağlık cephesinde de önemli yatırımlarda bulunan Google, hayat standartlarını arttırma adına çalışmalarını sürdürüyor. Öyle ki kısa süre önce düzenlenen konferansta konuşan GoogleX Lab‘ın Yaşam Bilimleri departman yöneticilerinden Andrew Conrad, gelecekte nanoparçacıklar yardımıyla kan tahlili yaparak başta kanser olmak üzere hastalıklara erken teşhis konmasını kolaylaştırmak istediklerini açıkladı. Hapların içerisine yerleştirilecek nano tanecikler hücrelere bağlanarak vücuttaki düzensizlikleri belirleyecek ve elde edilen bulguları taşınabilir bir cihazda depolayarak doktorlarla paylaşacak. Şimdilik çağın ötesinde bir fikir ileri sürdüklerinin farkında olduklarını belirten Conrad doğru yatırım, yenilikçi fikir ve teknoloji üçgeniyle hayallerin gerçeğe dönüştürülebileceğini ifade ediyor.


* * * * * * *

Massachusetts Institute of Technology (MIT) mensubu bilim insanları tarafından geliştirilen yeni bir yöntem, ilaçların emilimini daha etkin getirme potansiyeline sahip. İsviçre’deki École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ile ortaklaşa yürütülen çalışma kapsamında, özel maddelerle kaplanmış altın nanotaneciklerinin, hücre zarına zarar vermeden hücreye girebildiğini ve ilaçları çok daha etkin biçimde hücre içine ulaştırabildiğini keşfettiler.

Nanotaneciklerin üzerindeki kaplama maddesinin özellikleri değiştirilerek, belirli bir hücre türünün hedeflenmesi de mümkün oluyor. Örneğin kanser hastalarında, ilacın sağlıklı hücrelere değil, kanser hücrelerine ulaşması sağlanabiliyor. Böyle bir yöntem sayesinde, kanser ilaçlarının güçlü yan etkileri kat kat azaltılabilecek.

Araştırmayı yürüten ekibin başında yer alan Reid Van Lehn ve Maria Ricci, henüz çalışmalarının başında olduklarını, ancak altın nanotaneciklerinin tıbbi uygulamalarda büyük potansiyel taşıdığını bildiriyorlar. Bu tür uygulamaların artmasıyla, farmakoloji sektöründe kullanılan altın miktarının artması da kaçınılmaz olacak.

* * * * * *
ÖZET
Nanopartikül: Geleceğin korkulu rüyası
Nanoteknoloji 1-100 nanometre uzunluktaki partiküllerin kullanıldığı fizik, kimya, elektronik, enerji üretimi, biyoloji, tıp gibi geniş uygulama alanları bulunan yeni bir bilim dalıdır. Her yeni teknolojide olduğu gibi, bu teknoloji ve ürünlerinin de çevre ve sağlık üzerindeki etkileri merak edilmektedir. Nanopartiküllerin insan vücudunda en önemli giriş ve hedef organı akciğerlerdir. Bu derlemede nanopartiküllerin başta solunum sistemi olmak üzere canlılar üzerindeki muhtemel olumsuz etkileri literatür eşliğinde tartışılacaktır.
Anahtar Kelimeler: Nanoteknoloji, nanopartikül, akciğer toksisitesi.
SUMMARY
Nanoparticle: a nightmare for the future
Department of Chest Diseases, Faculty of Medicine, Cumhuriyet University, Sivas, Turkey.
Nanotechnology is a new discipline where 1-100 nanometers long particles are used, with an extensive field of application including physics, chemistry, electronics, energy production, biology, and medicine. Just as in every innovation, the effects of this technology and its products on environment and health are wondered. Lungs are the major port of entry and target of the nanoparticles in human body. This review will discuss, in the light of the literature, the possible adverse effects of nanoparticles on living beings and especially on respiratory system.
Key Words: Nanotechnology, nanoparticle, pulmonary toxicity.
Geliş Tarihi/Received: 14/03/2012 - Kabul Ediliş Tarihi/Accepted: 14/03/2012
Nanobilim kavramı ilk kez 1959 yılında Nobel Fizik Ödülü sahibi Richard Feyman tarafından bilim felsefesiyle ilgili bir sohbeti sırasında gündeme getirilmiştir (1). Drexler 1986 yılında moleküler yapıdaki nanoteknolojinin dikkat çekici olanaklarını tartışmaya açmıştır. Zamanla nanoteknolojideki hızlı gelişmeler diğer teknolojik alanlarda olduğu gibi insan ve ekosistem için büyük yararları olduğu kadar önemli zararları olabileceği konusunu da gündeme getirmiştir (2). Son yıllarda nanoteknoloji alanındaki hızlı gelişmeler bu teknoloji ürünlerinin günlük yaşantımıza daha fazla oranda girmesine yol açmaktadır. Bugün itibariyle 1000'den fazla çeşit nanoteknoloji ürününün günlük kullanılan ürünler arasında yerlerini aldığı görülmektedir. Kir tutmaz bebek elbiseleri, leke tutmaz masa örtüleri, su tutmaz-ıslanmaz-kirlenmez boyalar, tıraş losyonları, güneş kremleri, hatta tanı ve tedavi amacıyla yapılan bir takım ilaç-tıbbi uygulamalar bunlardan bazılarıdır. Nanoteknolojiye dayalı ekonominin 2015 yılında 1 trilyon doları aşacağı tahminleri yapılmaktayken, bu beklentinin 3 trilyon doları aşacağı ifade edilmeye başlanmıştır (3,4). Nanoteknolojideki bu akıl almaz hızlı gelişmeler bu teknolojinin özünü oluşturan nanopartiküllere dikkatleri çevirmiş ve ilk deneysel gözlemler bu kuşkuyu haklı çıkaracak boyutlara ulaşmaya başlamıştır. Bu nedenle bu makalede nanoteknolojide kullanılan bazı nanopartiküllerin başta solunum sistemi olmak üzere insan vücuduna muhtemel toksik etkileri tartışılacaktır.
İnsanoğlunun asbest ile yaşadığı acı deneyim "nanopartiküller geleceğin asbesti olabilir mi?" sorusunu da tıp dünyasında daha fazla sorulur hale getirmiştir. Yirminci yüzyılın başından itibaren sanayide yaygın kullanılmaya başlanan asbestin insan vücudundaki ciddi toksik etkileri ancak 20. yüzyılının sonuna doğru kanıtlanmış ve tüm dünyada yasaklanmaya başlanmıştır. Son 40 yıldır sanayide asbest kullanımı giderek azalmakla birlikte asbestle ilişkili malign mezotelyoma sıklığı artmaya devam etmektedir. Sanayide amfibol kullanımının azalmasına rağmen hastalığın artmaya devam etmesi muhtemel çevresel krizotil ya da başka fiberlerin hastalığın etyolojisinde rol oynayabileceğini akla getirmektedir (5). Bu noktada asbeste benzer lifsel özellikler gösteren bazı nanopartiküllerin bu tür bir etkisinin olup olmadığı in vivo ya da in vitro araştırmalarla irdelenmeye çalışılmıştır.
Nanoteknolojide kullanılan nanopartiküller; "American Society for Testing and Materials (ASTM)"ın standart tanımlamasına göre partikül boyutları iki ya da üç boyutlu olarak 1-100 nm uzunluktaki parçacıklar olarak tanımlanmaktadır (6). Farklı özelliklerine göre farklı sınıflamalar bulunmakla birlikte basit olarak şu şekilde sınıflandırılabilir (7);
1. Karbon bazlı nanopartiküller (fullerenes, çok duvarlı karbon nanotübler vb.),
2. Metal bazlı nanopartiküller (altın kolloidler, nanokabuklar, nanoçubuklar, süperparamagnetik demiroksit nanopartiküller vb.),
3. Yarı iletken bazlı nanopartiküller (kuantum noktaları vb.).
Tıp alanında nanoteknoloji ve nanopartiküller; daha duyarlı analizler sağlamak amacıyla biyomarkır tabanlı proteomik ve genomik teknolojilerde, manyetik rezonans, ultrason, floresan, nükleer ve bilgisayarlı tomografi gibi radyolojik alanlarda moleküler görüntüleme amacıyla, ilaç geliştirme sistemleri, hedefe yönelik tedavi, aşı geliştirilmesi gibi amaçlarla kullanılmaktadır. Bu yaygın ve yararlı kullanım özelliklerinin yanı sıra molekül özellikleri nedeniyle solunum sistemi, kan, santral sinir sistemi, gastrointestinal sistem ve cilt üzerindeki muhtemel toksik etkileri de araştırmalara konu olmuştur (8). Örneğin; elektriksel, mekanik ve termal özellikleri nedeniyle elektronik, bilgisayar ve havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan karbon nanotüblerin işlenmemiş formda çok hafif oldukları için havada asılı halde kalıp akciğerlere ulaşma potansiyeli taşıdığı belirlenmiştir (9).
Nanopartiküllerin insan vücudunda en önemli giriş ve hedef organı akciğerlerdir. İnhalasyonla akciğerlere alınan partiküller pariyetal plevraya kadar ulaşır. Kısa boyutlu ya da sarmal yapıdakiler makrofajlar tarafından çevrelenerek yok edilir. Ancak yüksek boy-en oranına sahip nanotübler asbest lifleri gibi stomalar çevresinde birikir. Makrofajlar, bu lifsi yapıları nedeniyle nanotübleri fagosite edemez ve ortama mezotel hücreleri tarafından proinflamatuvar, genotoksik, mitojenik mediatörler salınır (10). Bu sürecin gelişmesinde partikül boyutları özellikle önem taşımaktadır. Partikül boyutu 100 nm'den küçük nanopartiküllerin hava ve sıvıda daha fazla biriktikleri, epitel hücreleri, lenfatikler, kan, sinir sistemi ve sekonder hedef organlara daha fazla geçtikleri, büyük partiküllerin ise karaciğerin eliminasyonu nedeniyle hedef organlara ulaşamadığı ifade edilmektedir (11).
Akciğerlerin nanopartikül maddeleri ve diğer termodegradasyon ürünleri gibi atmosferde kirliliğe yol açan maddelere kolaylıkla maruz kaldığı iyi bilinmektedir. Yanma sonucunda oluşan nanopartiküllerin yol açtığı akciğer hasarının ana mekanizmalarından biri, farklı transkripsiyon faktörlerinin aktivasyonuyla proinflamatuvar protein sentezinin uyarılması ve oluşan oksidatif stresin neden olduğu hasardır (12). Brown ve arkadaşları nanopartiküllerin yüzey alanı ile oksidatif stresin neden olduğu inflamasyon arasında önemli bir korelasyon olduğunu bildirmişlerdir (13). Ayrıca, farklı tip nanopartiküllerin farklı derecelerde inflamatuvar reaksiyonlara yol açtıkları, örneğin; tek duvarlı karbon nanotüblerin akciğerlerde doza bağımlı epiteloid granüloma ve interstisyel inflamasyon oluşturmada diğer nanopartiküllerden daha toksik oldukları saptanmıştır (9). Nanopartiküllerin akciğerlerde granülasyon ve inflamasyon oluşturucu etkileri daha çok hayvanlar üzerinde gösterilmiştir. İnsanlarda da bu muhtemel etkileri doğrulayacak çalışmalara ihtiyaç vardır.
İnhale edilen nanopartiküller farklı mekanizmalarla diğer hedef organlara ulaşmaktadır. Bunlardan biri solunum epiteline ulaşan partikülün önce interstisyuma sonrada kan veya lenfatik dolaşım aracılığıyla sistemik dolaşıma geçmesi şeklindedir. Farelerde intratrakeal uygulanan nanopartiküllerin alveoler epitel hücreleri arasındaki büyük çaplı deliklerden geçerek hava-kan bariyerine ulaştığı ve buradan sistemik dolaşıma geçtiği belirlenmiştir (14). Nemmar ve arkadaşları sağlıklı gönüllüler üzerinde yaptıkları bir araştırmada teknesyum 99M işaretli ultra ince karbon partiküllerin inhalasyon sonrası hızlıca (bir dakika içinde) sistemik dolaşıma geçtiğini göstermişlerdir (15). Nanopartiküllerin gerek solunum sistemi, gerekse diğer sistemler üzerine olan toksik etkilerinin mekanizmasının; inhalasyon sonrası partiküllerin akciğerlere ulaşmasıyla başlayan pulmoner ve sistemik inflamasyon olduğu ileri sürülmüştür. Bu görüşe göre inflamasyon sonucu oluşan pulmoner endotel disfonksiyonu, platelet aktivasyonu, trombotik faktörlerin uyarılması, aterosklerotik plak oluşumu ve rüptürü, vasküler endotelyal disfonksiyon, pulmoner reflekslerin uyarılması, kalp hızında ve ritminde bozulma ve hatta ani kardiyak ölümle sonuçlanabilecek önemli değişikliklerin olabileceği bildirilmiştir (16,17).
Nanopartiküllere daha uzun süreli maruziyetinin olası kronik etkileriyle ilgili çalışmalar daha çok farelerde mezotelyomaya neden olup olmadığı ile ilgilidir. Bu konuda yapılan ilk deneysel araştırmada 76 adet p53 heterozigot fare 19'arlı dört gruba ayrılarak birinci gruba çok duvarlı karbon nanotüb, ikinci gruba crocidolite, üçüncü gruba fullerene maddeleri intraperitoneal olarak uygulanmış, dördüncü grup ise negatif kontrol grubu olarak belirlenmiştir. Çalışma sonucunda birinci gruptaki farelerin %87'sinde 84. günde, ikinci gruptaki farelerin %77.8'inde 25. haftada mezotelyomadan ölüm gerçekleşmiş, üçüncü grupta bir farede piyelonefrit gelişmiş, negatif kontrol grubunda ise herhangi bir patoloji gözlenmemiştir (18). Bu çalışmanın genetik olarak defektli farelerde yapılması tartışma konusu olmuş ve aynı araştırmacılar tarafından bu kez genetiği değiştirilmemiş farelerde benzer bir araştırma gerçekleştirilmiştir. Bu yeni araştırmada yedi fareye çok duvarlı karbon nanotüb, 10 fareye crocidolite, beş fareye karboksimetil selüloz maddeleri intraskrotal olarak enjekte edilmiştir. Elli iki haftalık gözlem süresi sonrası otopsi incelemesi planlanmışken 37-40 hafta sonrası çok duvarlı karbon nanotübün uygulanan yedi fareden altısının yaygın peritoneal mezotelyoma nedeniyle öldüğü gözlenmiştir. Diğer iki gruptaki farelerin herhangi bir patoloji izlenmeden 52 hafta yaşadığı bildirilmiştir (19). Bu iki çalışma ile çok duvarlı karbon nanotübün hem genetik olarak defektli hem de sağlıklı farelerde mezotelyoma gelişimine neden olduğu gösterilmiştir.
Hayvan çalışmaları ve deneysel çalışmalar nanopartiküllerin plevra ve peritona toksik etkileri dışında akciğer hasarı ve diğer toksisitelere de neden olduğunu göstermiştir. Papageorgiou ve arkadaşları kobalt-krom karışımı nanopartiküllerin insan fibroblast doku kültürlerinde mikron boyutlarındaki partiküllerden daha fazla oranda serbest radikaller, DNA hasarı, anöploidi ve sitotoksisiteye neden olduğunu göstermişlerdir (20). Lam ve arkadaşları da intratrakeal yolla karbon nanotüb inhalasyonu uyguladıkları farelerin yedinci ve 90. gün akciğerlerinde yaptıkları histopatolojik incelemelerde doza bağımlı olarak epiteloid granülomların ve interstisyel inflamasyonun geliştiğini, bu histopatolojik değişikliklerin 90. günde daha belirgin olduğunu saptamışlardır (9). Başka bir fare çalışmasında ise farengeal aspirasyon yoluyla uygulanan tek duvarlı karbon nanotüblerin akciğerlerde progresif pulmoner fibrozis, granülomlar ve fonksiyonel pulmoner yetersizliklere neden olduğu gösterilmiştir (21). Daha güncel bir çalışmada Cho ve arkadaşları çinkooksit nanopartikülü intratrakeal olarak farelere inhalasyonla uyguladıklarında fare akciğerlerinin bronkoalveoler sıvı ve histopatolojik incelemelerinde; eozinofili, hava yolu epitel hücre proliferasyonu, goblet hücre hiperplazisi, pulmoner parankimal ve interstisyel fibrozis geliştiğini saptamışlardır (22). Çinkooksit nanopartikül; kozmetik, boya, tekstil ürünlerinde, gıdalarda katkı maddesi olarak ve kişisel hijyen ürünlerinde kullanılmaktadır. Özellikle translüsen ve ultraviyole A ve B'ye karşı yüksek koruma sağladığından güneş kremleri ve nemlendiricilerin vazgeçilmezlerindendir.
Nanopartiküllerin insanlar üzerindeki olumsuz etkilerini gösteren ilk çalışma 2009 yılında Song ve arkadaşları tarafından yayımlanmıştır. Bu çalışmada Pekin'de Ocak 2007-Nisan 2008 tarihleri arasında daha önce hiçbir sağlık sorunu olmayan, sigara içmemiş, değişik hastanelerde takip edilen, benzer klinik tabloda olan, aynı işi-mesleksel maruziyeti tanımlayan, yaşları 18-47 arasında değişen yedi kadın hasta araştırmaya dahil edilmiştir. Hastalar klinik tablonun maruziyetleriyle ilişkisinin araştırılması, tetkik ve tedavi amacıyla takibe alınmıştır. Hastaların ortak klinik bulgularının nefes darlığı, nedeni bilinmeyen plevral veya perikardiyal efüzyon olduğu belirtilmiştir. Hastalara tanısal amaçla her türlü laboratuvar incelemesi (seroloji, immünoloji, bakteriyoloji, radyolojik, bronkoskopi vb.) ve video yardımlı torakoskopi dahil tüm invaziv girişimler yapılmıştır. Hastaların çalıştıkları fabrikalar doktorlar tarafından incelenmiş, kullandıkları boya hamuru, malzemeler, ortam ölçümleri, vantilatörlerde biriken toz numuneleri alınmıştır. Alınan örneklerde gaz kromatografik-spektrometrik analizlerinde poliakrilik esterler saptanmıştır (butanoik asit, butil ester, N-butil eter, asetik asit, toluen, di-tert-butil peroksid). Bu örneklerin elektron mikroskobik incelenmesinde de 30 nm ortalama çaplı nanopartiküller saptanmıştır. Ayrıca, hastaların akciğer epitel hücreleri, sitoplazmaları, karyoplazmaları ve plevral sıvılarında da bu nanopartiküllere rastlanmıştır. Araştırmacılar makalenin sonuç bölümünde uzun süre nanopartiküllere maruz kalmanın insan akciğerlerinde ciddi hasarlara neden olabileceğini vurgulamışlardır (23). Bu bağlamda nanopartiküllerle obstrüktif akciğer hastalıkları, interstisyel akciğer hastalıkları, akciğer kanserleri gibi daha sık görülen solunum sistemi hastalıkları arasında bir ilişkinin olup olmadığı konusu da yanıt aranması gereken bir soru olarak zihinlerdeki yerini almaktadır.
Nanopartiküllerin solunum sistemi dışındaki diğer organ ve sistemler üzerine olabilecek muhtemel toksik etkileri de araştırılmıştır. Nanofarmakolojide kullanılan karbon nanopartiküllerin in vivo ve in vitro platelet agregasyonu üzerine etkisini araştıran bir çalışmada çok duvarlı karbon nanotüb, tek duvarlı karbon nanotüb, C60 fullerenes (C60CS) ve mikst karbon nanopartikülün etkileriyle standart geleneksel partikülün (SRM1648, boyu: 1.4 µ) etkileri karşılaştırılmıştır. Araştırma sonucunda karbon nanopartiküllerin (C60CS hariç) geleneksel partiküllerden daha fazla oranda platelet agregasyonunu stimüle ettiği, sıçan karotis arterlerinde vasküler trombozisi hızlandırdığı saptanmıştır (24). Nanopartiküllerin in vivo protrombotik etkilerinin araştırıldığı daha güncel bir çalışmada ise intravenöz uygulanan yüksek doz "kuantum noktaları"nın farelerde akciğer, karaciğer ve kan hücrelerinin yüzeylerinde biriktiği, koagülasyon kaskadında aktivasyona yol açarak pulmoner vasküler trombozise neden olduğu gösterilmiştir (25). Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar nanopartiküllere maruz kalmanın insanlarda arteryel ve/veya venöz tromboembolizm olaylarını artırabileceği şüphesini doğurmaktadır. Kuşkusuz ki bu şüphenin insanlarda yapılacak araştırmalarla doğrulaması ya da dışlaması gerekmektedir.
Nanopartiküller gerek sistemik dolaşımla gerekse hava yolu epitelinde sonlanan duyu sinirleri üzerinden veya olfaktör sinir vasıtasıyla gangliyonik ve santral sinir sistemi yapılarına ulaşabilmektedir (8). Araştırmalar bu maddelerin santral sinir sistemi üzerine de toksik etkilerinin olduğunu göstermiştir. Güneş kremlerinde kullanılan titanyum dioksit nanopartiküllerinin farelerde beyin hasarına neden olduğu gösterilmiştir (26). Ağır metallerden olan nanopartikül boyutundaki manganezin (Mn) santral sinir sisteminde birikerek Parkinson sendromuna yol açtığı, santral sinir sisteminde reaktif oksijen ürünlerini ve dopamin tüketimini artırdığı bildirilmiştir (27,28). Chen ve arkadaşlarının çalışmasında da farelere oral yolla verilen nanopartikül boyutlarındaki (23.5 nm) bakır elementinin böbrek, karaciğer ve dalakta mikropartiküler (17 µm) boyuttaki bakır elementinden daha fazla hasara yol açtığı saptanmıştır (29). Nanopartiküllerin ciltteki etkilerinin araştırıldığı bir çalışmada da tek duvarlı karbon nanotübün in vitro olarak keratinosit hücrelerinde oksidatif stres ve proinflamatuvar yanıtı artırdıkları gösterilmiştir (30). Yamawaki ve arkadaşları nanopartiküllerin insan umblikal ven epitel hücrelerinde direkt sitotoksik etkiyle morfolojik değişikliklere neden olduğunu, proinflamatuvar yanıtı uyardığını, hücre büyümesi ve endotelyal nitrikoksit sentazın azalmasını inhibe ettiğini saptamışlardır (31). Literatürde nanopartiküllerin gastrointestinal sistemde direkt toksik etkilerini gösteren veri bulunmamaktadır. Bununla birlikte Crohn hastalığında kalsiyumdan fakir diyetin ve ekzojen mikropartiküllerin azlığının hastaların semptomlarında iyileşmeye yol açtığı belirlenmiştir (32).
Sonuç olarak, nanopartiküllerin canlılar üzerinde toksik etkilerinin olduğu in vivo ve in vitro araştırmalarla gösterilmiştir. Gelecekte nanoteknolojinin daha yaygın kullanılır hale gelmesi, insanların nanopartiküllerle daha fazla teması anlamına gelecektir. Bu nedenle insanoğlunun "asbestle gördüğü korkulu rüya"nın tekrarlanmaması için nanopartiküllerin, başta solunum sistemi olmak üzere insan sağlığı üzerine muhtemel olumsuz etkilerinin daha fazla araştırılması gereklidir.
ÇIKARÇATIŞMASI
Bildirilmemiştir.
KAYNAKLAR
Feyman RP. The pleasure of finding things out. Helix Books Perseus Publishing, ISBN: 0-7382-0349-1 Cambridge, Massachusetts, 1999: 151-70.
Seaton A, Donaldson K. Nanoscience, nanotoxicology, and the need to think small. Lancet 2005; 365: 923-4.
Roco MC. International perspective on government nanotechnology funding in 2005. J Nanopart Res 2005; 7: 707-12.
Lux report (2008). Nanomaterials State of the Market Q3 2008: Stealth Success. Broad Impact. https://portal.luxresearchinc.com/research/document.excerpt/3735.
Tse LA, Yu IT, Goggins W, Clements M, Wang XR, Au JS, Yu KS. Environ Health Perspect. Are current or future mesothelioma epidemics in Hong Kong the tragic legacy of uncontrolled use of asbestos in the past? Environ Health Perspect 2010; 118: 382-6. [Özet] [Tam Metin] [PDF]
ASTM E 2456-06 "Terminology for Nanotechnology." ASTM International, 2006.
Lewinski N, Colvin V, Drezek R. Cytotoxicity of nanoparticles. Small 2008; 4: 26-49. [Özet]
Medina C, Santos-Martinez MJ, Radomski A, Corrigan OI, Radomski MW. Nanoparticles: pharmacological and toxicological significance. Br J Pharmacol 2007; 150: 552-8.
[Özet] [Tam Metin] [PDF]
Lam CW, James JT, McCluskey R, Hunter RL. Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation. Toxicol Sci 2004; 77: 126-34. [Özet] [Tam Metin] [PDF]
Donaldson K, Murphy FA, Duffin R, Poland CA. Asbestos, carbon nanotubes and the pleural mesothelium: a review of the hypothesis regarding the role of long fibre retention in the parietal pleura, inflammation and mesothelioma. Particle and Fibre Toxicology 2010; 7: 5.
[Özet] [Tam Metin] [PDF]
Oberdörster G. Safety assessment for nanotechnology and nanomedicine: concepts of nanotoxicology. J Intern Med 2010; 267: 89-105. [Özet] [Tam Metin] [PDF]
Schins RPF, McAlinden A, MacNee W, Jimenez LA, Ross JA, Guy K, et al. Persistent depletion of I kappa B alpha and interleukin-8 expression in human pulmonary epithelial cells exposed to quartz particles. Toxicol Appl Pharmacol 2000; 167: 107-17. [Özet]
Brown DM, Wilson MR, MacNee W, Stone V, Donaldson K. Size-dependent proinflammatory effects of ultrafine polystyrene particles: a role for surface area and oxidative stress in the enhanced activity of ultrafines. Toxicol Appl Pharmacol 2001; 175: 191-99. [Özet]
Shimada A, Kawamura N, Okajima M, Kaewamatawong T, Inoue H, Morita T. Translocation pathway of the intratracheally instilled ultrafine particles from the lung into the blood circulation in the mouse. Toxicologic Pathology 2006; 34: 949-57. [Özet] [Tam Metin] [PDF]
Nemmar A, Hoet PH, Vanquickenborne B, Dinsdale D, Thomeer M, Hoylaerts MF, et al. Passage of inhaled particles into the blood circulation in humans. Circulation 2002; 105: 411-4.
[Özet] [Tam Metin] [PDF]
BeruBe K. Balharry D, Sexton K, Koshy L, Jones T. Combustion-derived nanoparticles: mechanisms of pulmonary toxicity. Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology 2007; 34: 1044-50. [Özet]
Duffin R, Mills NL, Donaldson K. Nanoparticles-a thoracic toxicology perspective. Yonsei Med J 2007; 48: 561-72. [Özet] [Tam Metin] [PDF]
Takagi A, Hirose A, Nishimura T, Fukumori N, Ogata A, Ohashi N, et al. Induction of mesothelioma in p53 +/- mouse by intraperitoneal application of multi-wall carbon nanotube. J Toxicol Sci 2008; 33: 105-16. [Özet]
Sakamoto Y, Nakae D, Fukumori N, Tayama K, Maekawa A, Imai K, et al. Induction of mesothelioma by a single intrascrotal administration of multi-wall carbon nanotube in intact male Fischer 344 rats. J Toxicol Sci 2009; 34: 65-76. [Özet]
Papageorgiou I, Brown C, Schins R, Singh S, Newson R, Davis S, et al. The effect of nano- and micron-sized particles of cobalt-chromium alloy on human fibroblasts in vitro. Biomaterials 2007; 28: 2946-58.[Özet]
Hamilton RF, Buford MC, Wood MB, Arnone B, Morandi M, Holian A. Engineered carbon nanoparticles alter macrophage immune function and initiate airway hyper-responsiveness in the BALB/c mouse model. Nanotoxicology 2007; 1: 104-17.
Cho WS, Duffin R, Howie SE, Scotton CJ, Wallace WA, Macnee W, et al. Progressive severe lung injury by zinc oxide nanoparticles; the role of Zn2+ dissolution inside lysosomes. Part Fibre Toxicol 2011; 8: 27. [Özet] [Tam Metin] [PDF]
Song Y, Li X, Du X. Exposure to nanoparticles is related to pleural effusion, pulmonary fibrosis and granuloma. Eur Respir J 2009; 34: 559-67. [Özet] [Tam Metin] [PDF]
Radomski A, Jurasz P, Alonso-Escolano D, Drews M, Morandi M, Malinski T, et al. Nanoparticle-induced platelet aggregation and vascular thrombosis. Br J Pharmacol 2005; 146: 882-93.
[Özet] [Tam Metin] [PDF]
Geys J, Nemmar A, Verbeken E, Smolders E, Ratoi M, Hoylaerts M, et al. Acute toxicity and prothrombotic effects of quantum dots: impact of surface charge. Environ Health Perspect 2008; 116: 1607-13. [Özet] [Tam Metin] [PDF]
Long TC, Saleh N, Tilton RD, Lowry GV, Veronesi B. Non-photoactivated titanium dioxide nanoparticles produce reactive oxygen species in immortalized mouse microglia (BV2). Environ Sci Technol 2006; 40: 4346-52. [Özet]
Olanow CW. Manganese-induced parkinsonism and Parkinson's disease. Ann N Y Acad Sci 2004; 1012: 209-23. [Özet]
Hussain SM, Javorina A, Schrand AM, Duhart H, Ali SF, Schlager JJ. The interaction of manganese nanoparticles with PC-12 cells induces dopamine depletion. Toxicol Sci 2006; 92: 456-63.
[Özet] [Tam Metin] [PDF]
Chen Z, Meng H, Xing G, Chen C, Zhao Y, Jia G, et al. Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo. Toxicol Lett 2006; 163: 109-20. [Özet]
Shvedova AA, Castranova V, Kisin ER, Schwegler-Berry D, Murray AR, Gandelsman VZ, et al. Exposure to carbon nanotube material: assessment of nanotube cytotoxicity using human keratinocyte cells. J Toxicol Environ Health A 2003; 66: 1909-26. [Özet]
Yamawaki H, Iwai N. Mechanisms underlying nano-sized air-pollution-mediated progression of atherosclerosis: carbon black causes cytotoxic injury/inflammation and inhibits cell growth in vascular endothelial cells. Circ J 2006; 70: 129-40. [Özet]
Podolsky DK. Inflammatory bowel disease. N Engl J Med 2002; 347: 417-29.
K:tuberktoraks, S e r d a r B E R K , İ b r ah i m A K KU R T

* * * * * * *
Nature dergisinde Malzemeleri Ekim 10 önceden online baskısında, araştırmacılar thioketal nanopartiküller olarak adlandırılan mühendislik parçacıklar kısa RNA parçaları kapsüllü ve sözlü olarak, doğrudan hayvanların iltihaplı bağırsak genetik materyal teslim nasıl açıklar. Ulusal Bilim Vakfı ve Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından araştırma sponsor oldu.

"Biz tasarladık thioketal nanopartiküller, asit ve bazlar hem de istikrarlı ve sadece, inflamatuvar bağırsak hastalıkları olan bireylerin gastrointestinal sistem, iltihaplı doku ve çevresinde bulunan reaktif oksijen türleri, varlığı RNA parçaları serbest bırakmak için açık ara "Niren Murthy, Biyomedikal Mühendisliği Wallace H. Coulter Bölümü, Georgia Tech ve Emory Üniversitesi'nde doçent söyledi.

Bu çalışma, Emory Üniversitesi profesörü Shanthi Sitaraman, doçentlik Didier Merlin ve post-doktora öğrencisi Guillaume Dalmasso Sindirim Hastalıkları Bölümü ile işbirliği yapıldı.

Thioketal nanopartiküller gastrointestinal sistemin sert bir ortamda küçük müdahale RNA'lar (siRNA) korumak ve iltihaplı bağırsak dokulara doğrudan hedef. SiRNA'lar sistemik enjekte edilirse önemli yan etkilere neden olabilir, çünkü Bu yerelleştirilmiş bir yaklaşım gereklidir.

Yazıda, yeni bir polimer thioketal nanopartiküller formüle edilmiştir - Poli (1,4-phenyleneacetone dimetilen thioketal) (PPADT) ve en iyi sözlü teslimat için yaklaşık 600 nanometre çapında olması için tasarlanmıştır.

Sindirim sisteminde iltihaplı hale geldiği bir zayıflatıcı inflamatuvar barsak hastalığı, yaşamı tehdit eden komplikasyonlara yol açabilir şiddetli ishal ve karın ağrısı neden olur, deneyler için, araştırmacılar ülseratif kolit bir fare modeli kullandı.

Alfa (TNF-α) - Araştırmacılar, tümör nekroz faktörü olarak adlandırılan bir inflamasyon teşvik sitokin inhibe siRNA yüklü sözlü thioketal nanopartiküller yönetilmektedir. Nanopartiküller reaktif oksijen türlerinin aşırı üretilen fare iki nokta üst üste doğrudan gitti ve orada sitokin üretim seviyeleri azaldı.

Belirtileri kolon, ülseratif kolit karşı korumalı olduğunu, bu thioketal nanopartiküller teslim siRNA ile tedavi iki nokta üst üste alınan doku örnekleri, iyi tanımlanmış bir parmak "crypt" yapıları ve düşük düzeyde inflamasyon, bozulmamış epitheliums sergilenmektedir.

"Ülseratif kolit, kolon sınırlı olan bu yana, bu sonuçlar, iltihaplı bağırsak dokuları siRNA hedef ise siRNA-yüklü thioketal nanopartiküller gastrointestinal sistem dışı-iltihaplı bölgelerinde istikrarlı kalır ki onaylamak," gazetenin kurşun yazarı Scott Wilson, yüksek lisans açıkladı Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Georgia Tech School öğrenci.

Kağıt thioketal nanopartiküller iltihaplı bağırsak dokuları tedavi sağlamak için gastrointestinal sıvıları, barsak mukozası ve hücresel engelleri engelleri aşmak için gerekli kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olduğunu göstermiştir sözlerine ekledi.

Araştırmacılar henüz nanoparçacıkların bozulma oranının artırılması ve reaktif oksijen türleri ile reaktivite artırılması üzerinde çalışıyoruz. Ekip ayrıca, nanopartiküller vücut içinde yolculuk ne kadar ayrıntılı bir biodistribution çalışma yürütmek için planlıyor.

"Polimer toksisite, biz daha fazla araştırılması gerekecek bir şeydir, ama bu çalışma sırasında siRNA yüklü thioketal nanopartiküller FDA onaylı malzeme poli (laktik-ko-glikolik asit) ile formüle nanopartiküller için benzer bir hücre toksisite profiline sahip olduğunu keşfetti ( PLGA), "Murthy eklendi.

Gelecekte, thioketal nanopartiküller Murthy göre, gastrointestinal kanserler, inflamatuvar barsak hastalıkları ve viral enfeksiyonlar da dahil olmak üzere, bağırsak inflamasyonu ile bağlantılı çok sayıda gastrointestinal hastalıklar, tedavi önemli bir oyuncu haline gelebilir.

* * * * * *


Femtosaniye Lazer Işını Kullanılarak Nano Parçacıklar
Üretme ve Metallerde Su Tutmaz Yüzeyler Oluşturma
A. DEMİR1,2, 1
E. AKMAN, 1
B. GENÇ ÖZTOPRAK, 3
O.C. AKTAŞ
1
Kocaeli Üniversitesi Lazer Teknolojileri Araştırma ve Uygulama Merkezi
2
Kocaeli Üniversitesi Elektro Optik Sistem Mühendisliği,
3
Leibniz Institute for New Materials ( INM), CVD/Biosurfaces Department,
Saarbrücken,, Germany
Özet
Son yıllarda, muhtemel kullanım alanlarından dolayı metalik nanoparçacıkların üretimi
önemli araştırma konularından biri halini almıştır [1]. Metalik nanoparçacıklara olan bu
ilgi, parçacıkların boyutlarına, yüzey plazmon rezonansına, serbest yüzey enerjilerine ve
yüzey alanlarına bağlı olarak optik, manyetik ve elektriksel özeliklerinde meydana gelen
değişimden dolayıdır [2]. Geleneksel nanoparçacık üretim teknikleri olan mekanik
öğütme ve sol-gel gibi kimyasal yöntemler, üretilen parçacıkların saflığı ve malzeme
çeşitliğinin azlığı gibi dez avantajlar ortaya çıkarmaktadır. Bu da özelikle biyomedikal
uygulamalarda kullanılabilecek yüksek saflıkta nanoparçacıkların elde edilmesinde
kısıtlamalara neden olmaktadır [3]. Atımlı lazerler ile malzemelerin ablasyonu,
geleneksel yöntemlerde ortaya çıkan sıkıntıları ortadan kaldıran ve limitsiz geniş bir
spektrumda malzemelerin kullanılabilmesini sağlayan alternatif bir metot olarak ortaya
çıkmıştır [4].
Femtosaniye lazerler ile gerçekleştirilen diğer bir çalışma metalik yüzeylerin işlenmesi
sonucu yüzeylere kazandırılan su tutmazlık özeliğidir. Lazer ile yüzey işleme hidrofobik
yüzeyler elde etme çalışmalarında gelecek vadeden bir teknik olarak ortaya çıkmıştır [5].
Temas olmadan işlem yapabilmesi, hızlı ve kısa zamanlarda işlemi tamamlayabilmesi,
çevreye uyumlu ve yüzeyler üzerine yapılan mikroyapıları maksimum düzeyde kontrol
edebilmesi bu işlemi endüstri için çok çekici bir hale getirmiştir [6,7].
Bu çalışmada femtosaniye atım uzunluğuna sahip Ti:Safir lazeri kullanılarak sıvı
ortamında metalik nanoparçacıkların üretimi ve karakterizasyon işlemleri
gerçekleştirilmiştir. Yine femtosaniye lazer kullanılarak paslanmaz çelik yüzeyler
üzerinde meydana getirilen mikroyapılar ile yüzeylerin su tutmazlık özelliği kazanması
sağlanmıştır. Şekil 1’de Ti:Safir lazeri kullanılarak üretilmiş altın nanoparçacıklara ait
SEM görüntüsü ve paslanmaz çelik yüzeylerin işlenmesi sonucu elde edilen su tutmaz
yüzeyin görüntüsü yer almaktadır.
Şekil 1. Ti:Safir lazeri kullanılarak elde edilen a) altın nanoparçacıklar ve b) su tutmaz
yüzey.
Anahtar kelimeler: Metal nanoparçacıklar, Yüzey plazmon rezonansı, hidrofobik yüzeyler, femtosaniye
lazerler
Kaynakça
1) L. Hu, M. Chen. Preparation of Ultrafine Powder: the Frontier of Chemical Engineering (review) //
Materials Chemistry and Physics. 1996. V.43. P.212– 219.
2) A. Pal, S. Shah, S. Devi, “Preparation of silver, gold and silver–gold bimetallic nanoparticles in w/o
microemulsion containing TritonX-100”, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 302 (2007)
483–487.
3-) Anne HAHN, Stephan BARCIKOWSKI and Boris N. CHICHKOV, “Influences on Nanoparticle
Production during Pulsed Laser Ablation”, JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering Vol. 3, No. 2,
2008
4-) A. V. Kabashin, M. Meunier, “Femtosecond laser ablation of gold in aqueous biocompatible solutions
to produce colloidal gold nanoparticles”, SPIE USE, V. 11 4977C-83, p:1-6, 2003.
5-) C.S. Lim, M.H. Hong, A.S. Kumar, M. Rahman, X.D. Liu, Int. J. Mach. Tools Manuf. 46 (2006) 552.
6-) M.F. Chen, Y.P. Chen, W.T. Hsiao, Z.P. Gu, Thin Solid Films 515 (2007) 8515.
7-) G.R.B.E. Romer, A.J. Huis in't Veld, J. Meijer, M.N.W. Groenendijk, CIRP Ann.-Manuf. Technol. 58
(2009) 201.

K: kocaeli.edu.tr

* * * * * *

izleyelim şu nanoparçacıkları bakalım

Yorumlar

Henuz yorum eklenmedi ilk ekleyen siz olun .Yorum Ekle
b