"Bioanyagok – nanotechnológiától a

mesterséges szövetekig"

Nanokémia LaboratóriumZrínyi Miklós

(Hajdú Angéla, Varga Zsófia, Molnár Kristóf és Juriga Dávid)

Bioanyagok és biomimetikus anyagok kutatása

Biokompatibilis és/vagy biodegradábilis tulajdonságokkal rendelkező polimer implantátumok, nano mérettartományba eső „tissue engineering”-hez használható mátrixok, szabályozott- és célba juttatott hatóanyag-leadáshoz használható hordozók, molekuláris felismerésre (molecularly imprinting) alkalmas biomimetikus receptorokat tartalmazó polimergélek, tervezhetően lebomló biodegradábilis polimerek, valamint önszerveződő (self assembly) struktúrák és mesterséges izmok kifejlesztése a cél.

Magnetit nanorészecske alapú mágneses folyadékok előállítása, stabilizálása, kölcsönhatásuknak vizsgálata daganatos sejtvonalakkal (HeLa, MCF7), kontrasztképző hatásának vizsgálata MRI vizsgálatok során, hipertermiás mérések kísérleti elrendezésének kiépítése.

Poliszukcinimid (PSI) a poliaszparaginsav (PASP) prepolimerje

Termikus polikondenzáció L-aszparaginsavból.

O

O

NH2

OH

OHN

O

O

R'

R

n

D 98% H3PO4

Vákuum

n

Funkcionalizásás és térhálósítás.

Biokompatibilis és biodegradábilis

poliaminosav-gélek.

n

m p

t

s

r

N

O

N

O

O

RNH

O

O

NH

O

NH

S

S

N

O

O

N

O

O

R

NH

O

O

NH

NH

O

N

O

O

O

NH

R

NHN

O

O

R

OO

Hidrolízis.

A „zöld kémiai” módszer előnye, hogy-viszonylag hosszú polimerláncok állíthatók elő (M~50 000), -a PSI igen reakcióképes, és így könnyen funkcionálható,-aminosavakkal és természetes diaminokkal térhálósítható,-elektromos- és/vagy reaktív elektromos szálhúzással nano- és mikrométer vastagságú szálak készíthetők,-A funkcionalizát szálakba nano- és mikro méretű részecskék (Ag, Fe3O4…) építhetők be,-hidrolízissel poliaszparagin gélekké (PASP) alakíthatók, - a PASP gélek mechanikai, termodinamikai és transzport tulajdonságai széles határok közt változtathatók,-a PASP gélek duzzadásfoka rendkívüli környezeti érzékenységet mutat (pH, ionok, redox reakciók….) -a nano- és mikroméretű funkcionalizált PSI és PASP szálakból 2D és 3D-s mesterséges extracelluláris mátrix készíthető,-a szálakból font „rostok” nagyfokú kontrakciót mutatnak (mesterséges izom)

Jól definiált, ugrásszerű változás a duzzadásfokban a környezeti paraméterek változ(tat)ásárapHHőmérsékletFémion-koncentrációRedoxpotenciál

PASP gél

PSI polimer szálak előállítása elektromos szálhúzással (Electro-Spinning )

Szálképzést befolyásoló paraméterek:•Alkalmazott feszültség•Tűhegy és céltárgy távolság•Adagolási sebesség•Oldat viszkozitása•Oldat összetétele•Oldószer minősége

Földelt szálgyűjtő lap

Nagyfeszültségű áramforrás

Fecskendő

Adagoló pumpa

100mm

PSI szálak (PSIsp) készítése Electro-Spinning technológiával

Spinning: 0,4 ml/h térfogatáram, 15cm távolság, 7-8kV feszültség 25m/m% PSI/DMF oldat

PSIsp szálakról konfokális mikroszkóp felvételek

T-PMTautofluoreszcencia

Gerjesztés:458, 488 nmEmisszió:488-800nm0.54 0.11 m

PSIsp SEM felvételek

Graftolt PSI szálak készítése

Gélesedés a spinning közben.Diszulfid hidak bizonyítása:• 0,1M-os DTT/DMSO oldatban feloldódott.• Tiszta DMF-ban nem oldódott.

Keresztkötés kémiailag bizonyítva!

0.4ml/h térfogatáram, 15 cm távolság, 6-7 kV feszültség

Konfokális mikroszkópos felvételek

PSI-CYSsp

Gerjesztés:458, 488 nmEmisszió:488-800nm

1.04 0.07 m

PSI-CYS sp

2 foton mikrószkópos vizsgálata

PSI-CYS sp (2 hétig vízben áztatva, majd megszárítva)

PSI-CYS sp (2 hétig vízben áztatva, majd megszárítva)

PSI+Toluolos magnetit PSI+ Vizes magnetit

15 cm, 0.4 ml/h , 7-8kV

PSI spinningelés nanorészecskék jelenlétében

Vas-oxid nanorészecskék Ezüst nanorészecskék

1, magnetit szol (vizes közegben)

2, olajsavval stabilizált magnetit

szol (toluolban)

3, olajsavval stabilizált magnetit

(szilárd) [OA-MAGN]

PEG-el stabilizált részecskék vízben diszpergálva

Spinning során mindig koncentrikus kör keletkezik, fény felé fordítva fénytörés tapasztalható, mely a nanorészecskék nélkül nem jelenik meg.

Leghomogénebb minta mikroszkópos analízis

szerint

Konfokális mikroszkópos felvételek

PSI-toluolos magnetit sp

MintakészítésPSI-OA MAGNsp

15 cm, 0.4 ml/h , 8-9kV

Konfokális mikroszkópos felvételekPSI-OA MAGNsp

3 0.22 m

Lézer csipeszelés

PSI-OA Magn sp 2 foton mikroszkópiás vizsgálat

PSI-OA Magn sp 2 foton mikroszkópiás vizsgálat

előtte

utána

PSI+ Vizes ezüst nanorészecskékÖsszekeverve kicsapódott, nagy fehér kőszerű rögök alakultak ki4 nappal az összekeverés után homogén viszkózus spinningelve

15 cm, 0.4 ml/h , 6-7kV

Konfokális mikroszkópos felvételekPSI-Ag nano sp

0.62 0.1 m

2 foton mikroszkópia PSI-Ag sp

2 foton mikroszkópia PSI-Ag sp