Grafénové kvantové bodky
Grafénové kvantové bodky (GQD)
Pojem nanotechnológia zaviedol japonský vedec Norio Taniguči v roku 1974. Korene nanovedy však siahajú až k Faradayovým zlatým nanočasticiam v r.1856. Vývoj nanomedicíny má obrovský prínos, ale na druhej strane musí byť vyvážený aj minimalizáciou sprievodných rizík. ktorá z obchodných dôvodov za aplikáciami zaostáva. V centre záujmu sú nosiče liekov (vektory). Podľa typu nosiča rozoznávame fyzikálne, chemické a biologické dodávanie.
Grafénové kvantové bodky (GQD) sú nanočastice na báze uhlíka, ktoré vykazujú vynikajúce chemické, fyzikálne a biologické vlastnosti, ktoré im umožňujú vynikať v širokej škále aplikácií v nanomedicíne. Veľkosť je väčšinou v rozmeddzí 2-20 nm, najčastejšie pod 5nm. Jedinečná elektronická štruktúra GQD dodáva týmto nanomateriálom funkčné atribúty ako je silná a laditeľná fotoluminiscencia na použitie pri fluorescenčnom biozobrazovaní a biosnímaní, vysoká zaťažiteľnosť aromatických zlúčenín na dodávanie liečiv s malými molekulami a schopnosť absorbovať dopadajúce žiarenie na použitie v technike fototermálnej a fotodynamickej terapie rakoviny. Nedávne pokroky vo vývoji GQD ako nových, multifunkčných biomateriálov sa zameriavajú aj na fyzikálno-chemické, elektronické a magnetické vlastnosti. GQD sú fluorescenčné, takže môžu absorbovať svetlo a potom ho vyžarovať, často pri inej vlnovej dĺžke. Dokážu preniknúť aj do buniek a tvoria dobrú platformu na dodávanie liekov.
Ich fluorescenčné vlastnosti znamenajú, že v lekárskej diagnostike sa dajú použiť napríklad na vytváranie obrazov tkanív a orgánov vo vnútri tela. GQD uvoľňujú aj teplo pri ožiarení blízkym infračerveným svetlom čo znamená, že pri injekcii do nádoru a ožiarení môže uvoľnené teplo selektívne ničiť rakovinové tkanivo. K tomu dochádza cez peroxidázy, čo sú enzýmy u cicavcov zodpovedné za degradáciu a elimináciu exogénnych molekúl, mikroorganizmov a pre telo cudzích materiálov. Tieto enzýmy sa zúčastňujú na cykle, ktorý vytvára reaktívne formy kyslíka, tie reagujú s materiálom grafénu a nakoniec ho rozkladajú. Tieto biochemické reakcie transformujú grafén na oxid uhličitý ako konečný produkt.
V biomedicínskej oblasti si materiály na báze GQD získavajú pozornosť vďaka svojim exkluzívnym fyzikálno-chemickým a biokompatibilným vlastnostiam. Optické biosenzory sú jedným z najlepšie zavedených senzorov na detekciu biomolekúl. Modrá a zelená sú bežné fotoluminiscenčné farby pozorované v GQD. Kermani a kol. zaviedli metódu biosnímania na detekciu DNA metyltransferázy, ktorá je kľúčová pre biologické aktivity, pretože abnormálna expresia tohto enzýmu môže viesť k rakovine.
Pri použití GQD na rôznorodé aplikácie je ale potrebné zvážiť bezpečnostný proces z dôvodu toxicity nanomateriálov, ktorá je jednou z najväčších výziev súčasnosti v oblasti biotechnológií. Ako preventívne opatrenie sa musí venovať väčšia pozornosť bezpečnosti GQD prostredníctvom skúmania toxicity GQD in vivo a bunkovej toxicity, ako aj procesov bunkovej absorpcie.