Nanoteilchen, die in der Biotechnologie

Umfangreiche Bibliotheken von Nanopartikeln, die aus einer Auswahl verschiedener Größen, Formen und Materialien sowie mit verschiedenen chemischen und Oberflächeneigenschaften bestehen, wurden bereits erstellt. Das Gebiet der Nanotechnologie wächst ständig und schnell, und neue Ergänzungen ergänzen diese Bibliotheken. Die unten aufgeführten Klassen von Nanopartikeln sind alle sehr allgemein und multifunktional, jedoch werden einige ihrer grundlegenden Eigenschaften und derzeit bekannte Anwendungen in der Biotechnologie und insbesondere Nanomedizin hier beschrieben.

Klassen von Nanopartikeln

• Fullerene: Buckyballs und Carbon-Tubes
  Beide Vertreter der Fulleren-Strukturklasse, Buckyballs und Carbon-Tubes sind kohlenstoffbasierte, gitterartige, potentiell poröse Moleküle.
• Flüssigkristalle
  Flüssigkristallarzneimittel bestehen aus organischen Flüssigkristallmaterialien, die natürlich vorkommende Biomoleküle wie Proteine ​​oder Lipide nachahmen. Sie gelten als eine sehr sichere Methode zur Medikamentenabgabe und können bestimmte Bereiche des Körpers ansteuern, in denen sich Gewebe entzündet oder Tumore gefunden werden.
• Liposomen
  Liposomen sind lipidbasierte Flüssigkristalle, die in großem Umfang in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie verwendet werden, da sie in Zellen zerfallen können, sobald ihre Abgabefunktion erfüllt ist. Liposomen waren die ersten künstlich hergestellten Nanopartikel, die für die Arzneimittelabgabe verwendet wurden, aber Probleme wie ihre Neigung, sich in wässrigen Umgebungen zu verschmelzen und ihre Nutzlast freizusetzen, haben zu Ersatz oder Stabilisierung unter Verwendung neuerer alternativer Nanopartikel geführt.

• Nanoschalen
  Nanoschalen werden auch als Kernschalen bezeichnet und sind kugelige Kerne einer bestimmten Verbindung, die von einer Hülle oder einer äußeren Schicht einer anderen umgeben sind, die einige Nanometer dick ist.
• Quantenpunkte
  Quantenpunkte, auch Nanokristalle genannt, sind nanoskalige Halbleiter, die je nach Größe Licht in allen Farben des Regenbogens emittieren können. Diese Nanostrukturen begrenzen Leitungsbandelektronen, Valenzbandlöcher oder Exzitonen in allen drei Raumrichtungen. Beispiele für Quantenpunkte sind Halbleiternanokristalle und Kern-Schale-Nanokristalle, bei denen eine Grenzfläche zwischen verschiedenen Halbleitermaterialien besteht. Sie wurden in der Biotechnologie zur Zellkennzeichnung und Bildgebung eingesetzt, insbesondere in Krebsbildgebungsstudien.

• Superparamagnetische Nanopartikel
  Superparamagnetische Moleküle sind solche, die von einem Magnetfeld angezogen werden, aber keinen Restmagnetismus zurückhalten, nachdem das Feld entfernt wurde. Nanopartikel von Eisenoxid mit Durchmessern im Bereich von 5-100 nm wurden für selektive magnetische Bioseparationen verwendet. Typische Techniken umfassen das Beschichten der Partikel mit Antikörpern gegen zellspezifische Antigene zur Trennung von der umgebenden Matrix.

In Membrantransportstudien werden superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (SPION) zur Wirkstoffabgabe und Gentransfektion eingesetzt. Die gezielte Abgabe von Arzneimitteln, bioaktiven Molekülen oder DNA-Vektoren hängt von der Anwendung einer externen magnetischen Kraft ab, die ihren Fortschritt in Richtung des Zielgewebes beschleunigt und lenkt. Sie sind auch als MRI-Kontrastmittel verwendbar.

• Dendrimere
  Dendrimere sind hochverzweigte Strukturen, die in der Nanomedizin breite Anwendung finden, da sie auf ihrer Oberfläche mehrere molekulare "Haken" aufweisen, mit denen sich Zellidentifizierungsmarker, Fluoreszenzfarbstoffe, Enzyme und andere Moleküle anheften lassen. Die ersten dendritischen Moleküle wurden um 1980 produziert, aber das Interesse an ihnen hat in jüngerer Zeit zugenommen, als biotechnologische Anwendungen entdeckt wurden.
• Nanorods
  Typischerweise 1-100 nm lang, werden Nanostäbchen meist aus halbleitenden Materialien hergestellt und in Nanomedizin als Bildgebungs- und Kontrastmittel eingesetzt. Nanostäbchen können hergestellt werden, indem unter anderem kleine Zylinder aus Silizium, Gold oder anorganischem Phosphat erzeugt werden.

Die aktuellen Bedenken hinsichtlich der Sicherheit von Nanopartikeln haben zur Entwicklung vieler neuer Forschungsaspekte geführt. Infolgedessen wächst unsere Sammlung von Wissen über Nanopartikel-Wechselwirkungen innerhalb von Zellen immer noch schnell. Mit fortschreitender Forschung in diesem aufregenden neuen Gebiet der Biotechnologie werden ständig neue Nanopartikel entdeckt und neue Anwendungen für Nanomedizin gefunden.