Nanopartiklar har potential att revolutionera den medicinska industrin, men de måste ha några kritiska egenskaper. Först, de måste rikta in sig på en specifik region, så att de inte sprids i hela kroppen. De kräver också någon sorts avkänningsmetod, så att läkare och forskare kan spåra partiklarna. Till sist, de behöver utföra sin funktion i rätt ögonblick, helst som svar på en stimulans.

Nanoparticles by Design Unit vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University försöker utveckla nya partiklar med oöverträffade egenskaper som fortfarande uppfyller dessa krav. Nyligen, Dr Jeong-Hwan Kim tog ett steg framåt när han experimenterade med en ny typ av nanomaterial:nanoskiktet. Specifikt, han utformade en stark, stabil, och optiskt spårbart smart 2-D-material som svarar på pH, eller surheten eller basen i den omgivande miljön. American Chemical Society publicerade sina resultat den 12 augusti, 2014, i deras dagbok, Tillämpade material och gränssnitt .

Nanosheets är ovanligt bland nanoteknik eftersom de inte exakt överensstämmer med nanoskala. Arken som Kim producerade är bara några nanometer tjocka, tillräckligt tunn för att få prefixet "nano". Men deras längd och bredd kan mätas i mikron, ibland med ytareor som kan mätas i centimeter; mycket större än typiska nanostrukturer. Nanosheets struktur ger dem förmågan att ändra form, från en plan yta till en rulle. Tyvärr, de flesta nanoark rullar och rullar ut spontant. Om forskare kan utforma ett nanoskikt för att ändra form som svar på en stimulans, de kan använda den för ett antal nya applikationer.

Kim försökte lägga till olika polymerer till sina nanoark för att göra dem lyhörda. För detta experiment, han inkorporerade en relativt enkel polymer som svarar på pH. Han fann att det resulterande nanoarket alltid skulle krullas i basic, höga pH-förhållanden, och alltid platta till surt, låga pH -förhållanden. Kim gjorde också sina nanoark känsliga för nära-infrarött ljus, en våglängd av ljus som är ofarlig för människor. Beroende på formen på nanoarket, den nära-infraröda strålningen studsar tillbaka med en annan våglängd. På det här sättet, Kim kan noninvasivt spåra nanoskikten, även om han inte kan se dem. Med hjälp av dessa optiska egenskaper för att karakterisera nanoskikten, Kim bestämde att han kunde uppskatta pH.

Kim föreställer sig att biomedicinska ingenjörer förpackar läkemedel inuti rullade nanoskikt så att när arket rullar ut, det släpper ut medicinen. PH responsiva nanoark, till exempel, kan visa sig användbart för att rikta in sig på olika delar av den mänskliga matsmältningskanalen, som ändrar pH mellan den sura magen och basiska tarmarna. Ändå är detta bara början; att skapa ett responsivt nanoskikt är bara att lägga till rätt polymer. "Ett nanoark är som pizzadeg, " sa Kim. "Vad du än gillar att lägga på den - en topping, två pålägg, vad som helst - du kan." Ett nanoark med en värmekänslig polymer kan bränna omgivande tumörer för att förstöra dem, fungerar som en sorts superspecifik kemoterapi. "Det är lätt att få nanobladen till cancercellerna, "förklarar Kim. Att rikta in sig på specifika vävnader handlar helt enkelt om att lägga till lämplig biomarkör, så att kroppen skickar nanoarket dit det hör hemma.

"Fördelen med rullningen innebär att detta nanoark kan fånga många markörer eller droger säkert inuti kroppen, " sa Kim. Genom att kapsla in ett farligt ämne, såsom ett cancerbehandlande läkemedel, till ett nanoark, läkare kan attackera mycket specifika delar av kroppen. Detta skulle minska mängden läkemedel som behövs och minimera biverkningar. "Det finns massor av smarta polymerer och metaller, " sa Kim, förklarar de många egenskaper han hoppas kunna införliva i nanoteknik. "Denna nya struktur är sammansatt, vilket betyder att det tillåter oss att blanda alla olika typer av komponenter. "Nu, Kim behöver bara bygga rätt nanoskikt för varje ändamål.