'그래핀보다 나은' 소재 개발로 이식 기술 향상 가능

비켜라, 그래핀. 연구실에는 새롭고 향상된 2차원 재료가 있습니다. 2015년에 처음 합성된 원자적으로 얇은 붕소 버전인 보로펜은 2D 탄소 버전인 그래핀보다 전도성이 더 높고, 더 얇고, 더 가볍고, 더 강하고, 더 유연합니다. 이제 Penn State의 연구원들은 첨단 센서 및 이식 가능한 의료 장치를 만들 수 있는 키랄성 또는 손재주를 부여하여 이 물질을 잠재적으로 더 유용하게 만들었습니다. 이전에 보로펜에 사용된 적이 없는 방법을 통해 유도된 키랄성은 물질이 세포 및 단백질 전구체와 같은 다양한 생물학적 단위와 독특한 방식으로 상호 작용할 수 있게 해줍니다.

Dipanjan Pan, Dorothy Foehr Huck 및 J. Lloyd Huck 나노의학 석좌 교수이자 재료 과학 및 공학, 핵 공학 교수가 이끄는 팀은 그들의 연구 결과를 최초로 발표했습니다. ACS나노.

“보로펜은 원자량과 전자 구조를 포함하여 탄소와 매우 유사하지만 더 놀라운 특성을 가지고 있기 때문에 매우 흥미로운 물질입니다. 연구원들은 이제 막 응용 분야를 탐구하기 시작했습니다.”라고 Pan은 말했습니다. “우리가 아는 한, 이것은 보로펜의 생물학적 상호작용을 이해하는 최초의 연구이자 보로펜 구조에 키랄성을 부여하는 최초의 보고서입니다.”

키랄성은 왼손과 오른손처럼 유사하지만 동일하지는 않은 물리적 특성을 나타냅니다. 분자에서 키랄성은 왼쪽과 오른쪽 벙어리 장갑처럼 완벽하게 일치할 수 없는 두 가지 버전으로 생물학적 또는 화학적 단위를 존재하게 만들 수 있습니다. 그들은 서로 정확하게 대칭할 수 있지만, 왼쪽 벙어리 장갑은 왼손에도 맞을 뿐만 아니라 오른손에도 맞지 않을 것입니다.

보로펜은 구조적으로 다형성입니다. 즉, 동일한 레고 블록 세트가 다른 구조로 만들어지는 것과 마찬가지로 보론 원자가 다양한 구성으로 배열되어 다양한 모양과 특성을 가질 수 있다는 의미입니다. 이를 통해 연구자들은 보로펜을 “조정”하여 키랄성을 비롯한 다양한 특성을 부여할 수 있습니다.

Pan은 “이 물질은 이식 가능한 센서의 기판으로서 놀라운 잠재력을 갖고 있기 때문에 세포에 노출되었을 때 이들의 행동을 알고 싶었습니다.”라고 말했습니다. “우리의 연구는 처음으로 보로펜의 다양한 다형성 구조가 세포와 다르게 상호 작용하고 세포 내재화 경로가 구조에 의해 고유하게 결정된다는 것을 보여주었습니다.”

연구진은 용액 상태 합성을 사용하여 혈액에서 발견되는 세포 조각과 유사한 보로펜 혈소판을 합성했습니다. 이는 액체에 있는 물질의 분말 버전을 열이나 압력과 같은 하나 이상의 외부 요인에 노출시켜 결합될 때까지 포함합니다. 원하는 제품에.

Pan은 “우리는 붕소 분말에 고에너지 음파를 가한 다음 이 혈소판을 액체에서 다른 아미노산과 혼합하여 보로펜을 만들었습니다.”라고 Pan은 말했습니다. “이 과정에서 우리는 아미노산의 황 원자가 아미노산의 질소 원자보다 보로펜에 더 많이 달라붙는 것을 선호한다는 사실을 발견했습니다.”

연구자들은 시스테인과 같은 특정 아미노산이 키랄 방향에 따라 서로 다른 위치에서 보로펜에 결합한다는 사실을 발견했습니다. 연구자들은 키랄화된 보로펜 혈소판을 접시에 있는 포유류 세포에 노출시켰고, 혈소판을 다루는 방식이 세포막과 상호작용하고 세포에 들어가는 방식을 변화시키는 것을 관찰했습니다.

Pan에 따르면, 이 발견은 세포 상호 작용을 정확하게 추적할 수 있는 대비가 있는 고해상도 의료 영상의 개발이나 정확한 물질-세포 상호 작용을 통한 더 나은 약물 전달과 같은 미래 응용 분야에 정보를 제공할 수 있습니다. 그는 비판적으로 물질이 세포와 어떻게 상호 작용하는지 이해하고 이러한 상호 작용을 제어하면 언젠가는 더 안전하고 효과적인 이식 가능한 의료 기기로 이어질 수 있다고 말했습니다.

Pan은 “Borophene의 독특한 구조는 효과적인 자기 및 전자 제어를 가능하게 합니다.”라고 말하면서 이 물질이 건강 관리, 지속 가능한 에너지 등에 추가로 응용될 수 있다고 지적했습니다. “이 연구는 시작에 불과합니다. 우리는 보로펜에 대한 바이오 센서, 약물 전달 시스템 및 이미징 응용 프로그램을 개발하기 위한 여러 프로젝트를 진행하고 있습니다.”

Pan과 함께 이 연구의 다른 저자로는 원자력 공학 박사후 연구원인 Teresa Aditya; 연구 기간 동안 Penn State의 원자력 공학 연구 조교수이자 현재 인도 과학 교육 연구 연구소의 조교수인 Parikshit Moitra; 연구 기간 동안 Penn State의 연구 과학자이자 현재 Jordan University of Science and Technology의 조교수인 Maha Alafeef; Penn State의 재료 과학 및 공학 대학원 연구 조교인 David Skrodzki도 있습니다.

질병통제예방센터, 미국 국립과학재단, 국방부는 이 연구를 부분적으로 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240507150132.htm