Сразу после открытия углеродных нанотрубок (УНТ) ученые предсказали им большое будущее в разнообразных биологических и медицинских применениях. Недавно китайские ученые (ныне работающие в США) представили обзор достижений в этой быстро развивающейся области исследований.

Одно из основных направлений – создание биосенсоров и биореакторов. Сначала были получены экспериментальные свидетельства того, что белки и ферменты могут быть иммобилизованы как внутри, так и на поверхности нанотрубок. А затем (после успешного создания различных электроаналитических приборов на основе углеродной нанотрубки) появилась надежда использовать их в качестве превосходных материалов для биосенсоров с чувствительностью, достаточной для диагностики антигенов и катализируемых ферментами реакций. После соответствующей функционализации нанотрубки могут служить зондом для распознавания биофункциональных рецепторов и даже субстратом для нейронного роста.

Основное препятствие на пути нанотрубок в биологию и медицину – их недостаточная растворимость и следующие отсюда ограничения на работу в физиологических средах – недавно успешно преодолено. Разработанные методы химической модификации и функционализации теперь позволяют растворять и диспергировать нанотрубки в воде. Важным экспериментальным шагом явилась демонстрация возможности связи биологических и биоактивных материалов (белки, углеводы, нуклеиновые кислоты) с нанотрубками.

В своем обзоре авторы рассматривают существующие методы повышения растворимости нанотрубок и их диспергирования и обсуждают результаты модификации нанотрубок биологическими и биоактивными соединениями. Одним из самых распространенных методов диспергирования является обработка кислотой. Хотя количественные показатели хорошие, качество может быть ниже, чем при применении других методов, например, нековалентной стабилизации с использованием поверхностно- активных веществ или полимеров.

Углеводы, белки и нуклеиновые кислоты являются основными компонентами живого организма. Следовательно, развитие методов контролируемой модификации углеродных нанотрубок этими молекулами (а так же их аналогами и прекурсорами – олигосахаридами, олигонуклеотидами, аминокислотами, пептидами) является важным этапом на пути к использованию нанотрубок в биологии и медицине. Предлагаются самые разные методы. Например, для модификации нанотрубок углеводами авторы, следуя древнеегипетскому рецепту получения чернил из сажи, использовали аравийскую камедь (полисахарид). В другом подходе нанотрубки, полученные осаждением из паровой фазы, были обработаны плазмой, что позволило добиться иммобилизации углеводов. После присоединения сахаров массивы нанотрубок стали настолько гидрофильными, что капля воды мгновенно растекалась по их поверхности. Нанотрубки можно было растворить в воде, предварительно отделив от подложки.

Нуклеиновые кислоты могут быть иммобилизованы и внутри нанотрубок, и на их стенках. Самые разные белки адсорбируются на поверхности нанотрубок (или могут быть иммобилизованы контролируемым способом); небольшие белки могут помещаться внутри. Несмотря на то, что уже начались разработки биосенсоров, полного понимания механизма взаимодействия белок – нанотрубка нет, необходимы дальнейшие исследования на молекулярном уровне.

Неконтролируемая адсорбция белков на поверхности нанотрубок не всегда является желательной. В некоторых случаях ее необходимо избежать – например, при биораспознавании или при связывании определенных белков. Уже найдены некоторые молекулы, которые могут защитить нанотрубки от незваных гостей. Наиболее известен PEG - полиэтиленгликоль (правда, сам PEG не очень хорошо адсорбируется на нанотрубках…).

Обзор показывает, что методы диспергирования и растворения УНТ разнообразны и, в целом, доступны. Настало время разбираться с механизмами взаимодействия и переходить к исследованиям в физиологической среде.

Источник информации - заметка Л.Алексеевой в бюллетене ПерсТ, выпуск 18 за 2004 г.