На главную



Энциклопедический словарь нанотехнологий
& E X а б В г д ж з и к л м н о п р с т у ф х ц ш э я
биомиметические наноматериалы

Термин
биомиметические наноматериалы
Термин на английском
biomimetic nanomaterials
Синонимы
биомиметики, biomimetics
Аббревиатуры
Связанные термины
белки, биодеградируемые полимеры, биоинженерия, биомиметика, биосовместимость, биосовместимые покрытия, гибридные материалы, ДНК, искусственный фотосинтез, наноматериал, наноструктура, неорганические нанотрубки , тканевая инженерия
Определение
Искусственные наноматериалы, имитирующие свойства биоматериалов или созданные на основе принципов, реализованных в живой природе
Описание

Обращение к биологическим примерам, вдохновляющим инженеров к созданию новых материалов и технологий, базируется на взглядах, что за миллиарды лет эволюции природа создала оптимальные живые конструкции, которые превосходят по эффективности и долговечности конструкции, созданные человеком. Так, изучение «эффекта лотоса», т.е. свойства листьев лотоса не смачиваться дождевой водой и отталкивать грязь за счет своей микро/наноструктурированной поверхности привело к созданию водоотталкивающих красок и тканей. Полимерные нановолокна, имеющие прочность, сравнимую с прочностью стали, были созданы на основе биологического примера – паутины, нити которой выдерживают втрое большее растяжение, чем стальная проволока такого же диаметра. Плоды репейника явились прототипом при создании синтетического адгезивного материала Velcro, применяемого в широко распространенных креплениях-«липучках».
Многие биомолекулы обладают свойством самосборки в регулярные структуры, например, сократительный белок актин полимеризуется в филаменты толщиной 7 нм, а белок тубулин -  в микротрубочки диаметром 25 нм. Использование принципа самосборки и самих биоструктур в качестве матриц позволяет создавать нанопроводники и нанотрубки путем осаждения на биополимеры монослоев металлов. Принцип комплементарности, лежащий в основе сборки молекул ДНК, используется в ДНК-конструировании новых наноматериалов
Знания о структуре и функциях биологических молекул дают возможность синтезировать гибридные молекулы, включающие в себя пептиды, липиды, органические полимеры, и создавать биомиметические нановолокна, бионеорганические композиты и нанопористые покрытия для тканевой реконструктивной инженерии.
В последнее время активно развиваются технологии биомиметического получения наночастиц. Например, белок ферритин, выполняющий функцию переносчика и депо железа в организме, формирует наноклетки с диаметром внутреннего пространства 8 нм. В них удается получать  магнитные наночастицы оксида железа и кобальта размером около 6 нм. Другие подходы используют «выращивание» наночастиц заданного размера в бактериях или в биомассе растений (овса, пшеницы, люцерны). К этим биообъектам добавляются соли металлов, которые восстанавливаются в процессе биокатализа до металлов и формируют наночастицы. Описаны методы получения металлических наночастиц в живых растениях, в воду для которых добавляют соли металлов. Наночастицы образуются в стеблях и других частях растений и могут быть выделены оттуда путем экстракции. Размер формирующихся наночастиц задается белками, участвующими в восстановительных реакциях. В ряде случаев установлены пептидные последовательности, ответственные за катализ, что позволило использовать их в виде кольцевых пептидов для формирования наночастиц in vitro. Наночастицы возможно формировать и с помощью вирусных оболочек – капсидов. Белки вирусного капсида собираются в геометрически правильные пространственные структуры с полостью внутри, куда упаковывается геном вируса. Калиброванные металлические наночастицы и нанокомпозиты высокой степени упорядоченности, можно собирать как внутри капсида, так и на его поверхности. Биомиметический синтез наночастиц имеет ряд преимуществ: он проходит в более мягких условиях, чем получение наночастиц физико-химическими методами. В масштабах промышленного производства наночастиц это позволит снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Авторы
  • Ширинский Владимир Павлович, д.б.н.
Ссылки
  1. Ma P.X. Biomimetic Materials for Tissue Engineering//Adv Drug Deliv Rev.-2008. №60.-p. 184–198.
  2. Nanomaterials for the Life Sciences. Volume 2: Nanostructured Oxides/edited by Kumar Challa S. S. R.-1-st ed.-Weinheim: Wiley-VCH, 2009-507 p.
Иллюстрации
Биомиметический материал, созданный из гидрофильных металлических куполов и гидрофобных полимерных ш

Биомиметический материал, созданный из гидрофильных металлических куполов и гидрофобных полимерных шипов, напоминает по структуре поверхность лепестка розы. Он способен удерживать капли воды, не давая им растекаться. Сканирующая электронная микроскопия.


Источник: Biomimetic surfaces: Like water on a rose petal/AIMResearch, Tohoku University, 2009.- http://research.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/eng/research/530 (Дата обращения 22.09.2009)

Теги
Разделы
Биомиметические наноматериалы
Контроль и тестирование биосовместимости и безопасности наноматериалов
Просвечивающая электронная микроскопия, в том числе высокого разрешения
Сканирующая электронная микроскопия
Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.
Формирование наноматериалов с использованием биологических систем и/или методов
Иммобилизация мицелл и биологических нанообъектов
Методы, основанные на специфических взаимодействиях биологических молекул
Наномедицина и диагностика
Безопасность наноматериалов и нанотехнологий
Нанотехнологии и наноматериалы в медицине (диагностика, системы доставки лекарств, эксипиенты, восстановление тканей и органов, другое)
Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства
Органические и полимерные наноматериалы и волокна
Объемные конструкционные и функциональные наноструктурированные материалы и покрытия (металлы и сплавы, керамика, цементы, композиты и гибриды)
Молекулярная электроника и устройства на ее основе
Методы сертификации и контроля наноматериалов и диагностики их функциональных свойств
Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов
Методы формирования наноматериалов
Управляемые методы формирования наноструктур
Методы нанесения элементов наноструктур и наноматериалов
Бионаноматериалы и биофункционализированные наноматериалы
Элементы или наборы элементов, контролируемо модифицированные функциональными молекулами, мицеллами или биологическими объектами субмикронных размеров
Упорядоченные ансамбли (многослойные и многополосные структуры и сетки) одинаковых твердых элементов на подложках
Нанотрубки и нанопроволоки
Нанокристаллы и наночастицы (в том числе квантовые точки)
Наноматериалы
Наноструктуры
Искусственные (синтетические) низкоразмерные объекты
Продукты нанотехнологий
Получение, диагностика и сертификация наноразмерных систем
Объекты, относящиеся к сфере нанотехнологий
Технология
Наука
(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО»)


Оригинал статьи 'биомиметические наноматериалы' на сайте Словари и Энциклопедии на Академике