Denna visuella representation visar hur ljuskänsliga hydrogeler absorberar och omvandlar nära-infrarött ljus till värme, som kan utvecklas för att styra värmekänsliga material. Kredit:Dr. Akhilesh Gaharwar/Texas A&M Engineering
Hydrogeler används ofta inuti kroppen för att hjälpa till med vävnadsregenerering och läkemedelsleverans. Dock, väl inne, de kan vara utmanande att kontrollera för optimal användning. Ett team av forskare vid institutionen för biomedicinsk teknik vid Texas A&M University utvecklar ett nytt sätt att manipulera gelen – genom att använda ljus.
Doktorand Patrick Lee och Dr. Akhilesh Gaharwar, docent, utvecklar en ny klass av hydrogeler som kan utnyttja ljus på en mängd olika sätt. Ljus är en särskilt attraktiv energikälla eftersom det kan begränsas till ett fördefinierat område samt finjusteras med tiden eller intensiteten av ljusexponeringen. Deras arbete publicerades nyligen i tidskriften Avancerade material .
Ljuskänsliga hydrogeler är en framväxande klass av material som används för att utveckla icke-invasiva, ingen kontakt, exakta och kontrollerbara medicintekniska produkter i ett brett spektrum av biomedicinska tillämpningar, inklusive fototermisk terapi, fotodynamisk terapi, läkemedelstillförsel och regenerativ medicin.
Lee sa att ljuskänsliga biomaterial ofta används i biomedicinska tillämpningar; dock, nuvarande ljuskällor, såsom ultraviolett ljus och synligt ljus, inte tillräckligt penetrera vävnaden för att interagera med hydrogelen. Istället, teamet forskar på nära-infrarött (NIR) ljus, som har ett högre inträngningsdjup.
Teamet använder en ny klass av tvådimensionella nanomaterial som kallas molybdendisulfid (MoS) 2 ), som har visat försumbar toxicitet för celler och överlägsen NIR-absorption. Dessa nanoark med hög fototermisk omvandlingseffektivitet kan absorbera och omvandla NIR-ljus till värme, som kan utvecklas för att styra värmekänsliga material.
Doktorand Patrick Lee (bilden) arbetar med Dr. Akhilesh Gaharwar för att utveckla nya metoder för att arbeta med ljuskänsliga hydrogeler, som har tillämpningar inom läkemedelstillförsel och regenerativ medicin. Kredit:Texas A&M Engineering
I gruppens tidigare studie publicerad i Avancerade material , vissa polymerer reagerar med MoS 2 nanosheets för att bilda hydrogeler. Bygger på denna upptäckt, teamet använder vidare MoS2 nanosheets och termoresponsiva polymerer för att kontrollera hydrogelen under NIR-ljus genom fototermisk effekt.
"Detta arbete utnyttjar ljus för att aktivera de dynamiska polymer-nanomaterialinteraktionerna, " sa Gaharwar. "Vid NIR-exponering, MoS 2 fungerar som ett tvärbindningsepicentrum genom att ansluta till flera polymerkedjor via defektdriven klickkemi, vilket är unikt."
NIR-ljus tillåter intern bildning av terapeutiska hydrogeler i kroppen för exakt läkemedelstillförsel. För cancerterapi, de flesta av läkemedlen kan hållas kvar i tumören, vilket kommer att lindra biverkningarna av kemoterapi. Dessutom, NIR-ljus kan generera värme inuti tumörerna för att avlägsna cancerceller, känd som fototermisk terapi. Därför, en synergisk kombination av fototermisk terapi och kemoterapi har visat en högre effektivitet i att förstöra cancerceller.
