Биотехнология охватывает широкий спектр дисциплин, от использования микроорганизмов в производстве продуктов питания до развития искусственных органов. Фактически, одной из первых областей применения биотехнологии был процесс производства вина. В целом, биотехнология может быть определена как биологическая технология. Использование клеточных и биомолекулярных процессов для разработки технологий и продуктов для улучшения качества жизни и окружающей среды Земли.

[Обработка поверхностей и покрытие / биологические материалы и медицинское оборудование]

С развитием медицинских исследований стало обычным заменять или поддерживать недостающие биологические структуры имплантатами.

Поверхности биологических материалов часто проектируются и корректируются, чтобы регулировать их физические и химические свойства и улучшать функции биологических материалов в каждом приложении. В зависимости от требуемого назначения и функций, он может быть изготовлен из различных материалов, включая титан, различные пластмассы, силикон или фосфат.

Общим для всех материалов является то, что они должны быть биологически совместимыми, что обычно достигается с помощью различных поверхностей обработки или добавления покрытия. Мы предлагаем широкий спектр инструментов, которые помогут вам спроектировать, изготовить, описать и оценить поверхностные свойства и свойства биологических материалов.

Проектирование и изготовление биосовместимых покрытий

Медицинские приборы обычно изготавливаются из различных металлов, помещенных непосредственно в организм. В последние годы для улучшения биосовместимости медицинских устройств часто используются различные покрытия. В дополнение к базовой биосовместимости, другие необходимые свойства, такие как реактивность к различным стимулам, пропускная способность лекарств и антибактериальное качество, также могут быть скорректированы в этих покрытиях биоматериала.

Полимеры - это класс материалов, которые очень привлекательны для поверхностных покрытий как для биомедицинских, так и биологических применений. Полимеры не только демонстрируют хорошую биологическую совместимость, они также позволяют передавать лекарства. Полимеры могут легко модифицировать поверхность, и они могут разлагаться со временем, когда они больше не нужны. В пределах доступных полимеров полиэлектролитные многослойные мембраны обеспечивают многоВозможность создания поверхностных покрытий с желаемыми свойствами и, следовательно, широко используется в биологических материалах. Эти покрытия также могут быть модифицированы для высвобождения лекарств или активных пептидов. Также популярны полимерные щетки, реагирующие на изменения температуры, pH и ионной прочности.

Полиэлектролитные многослойные мембраны образуются путем многослойной сборки поликатионов и полианионов. Технология слоистой сборки с использованием пропитки не только оказалась отличным методом осаждения полиэлектролитов, но также может осаждать неорганические частицы или активные биологические молекулы на поверхности биоматериала, что дает преимущество покрытия сложных поверхностей.

Для закрепления гидроксифосфата и частиц TiO 2 нанометра на полиметилакрилате PMMA используется слоистое сборочное осаждение, что позволяет создать простой и быстрый метод нетермического покрытия (ACS Appl.Mater.and Interfaces 2016, 835565 - 35577). В другом исследовании нанокристаллы пористой целлюлозы и поливиниловые (виниловые) нанокомпозитные пленки CNC / PVA толщиной 25 - 70 нм осаждаются на стеклянной основе с использованием слоистой сборки (ACS Appl. Mater and Interfaces 2014, 612674 - 12683).

Технология QCM - D обычно используется для мониторинга и представления конструкции и реакции полимерных щеток, а также многослойных мембран с полиэлектролитом. В соответствии со скоростью адсорбции, толщиной мембраны и жесткостью и т. Д. В режиме реального времени может быть показана многослойная структура полиэлектролитов, а также последующее взаимодействие на мембране, включая скрещивание, растворение, кальцификацию, передачу лекарств и клеточную адгезию.

Признаки и оценка биологической совместимости

Поскольку биологический материал сочетается с биологической средой, чтобы заменить или улучшить функцию органа или другого тела, производительность и биологическая совместимость биоматериала или медицинского устройства сильно зависят от взаимодействия между поверхностью биоматериала и его физиологической средой.

Биологическая совместимость биоматериала может быть изучена с помощью измерения угла контакта, чтобы показать клеточную адгезию биоматериала. Небольшие щупальца водного соединения и высокая поверхностная свобода могут показать, что материал обладает хорошими адгезионными свойствами. шероховатость поверхности также влияет на взаимодействие между биологическими материалами и клетками.

Биологическая совместимость и смачиваемость также играют важную роль в развитии контактных линз, где комфортабельные линзы требуют хорошей смачиваемости.

QSense QCM - D оценивает биосовместимость по характеристикам взаимодействия между поверхностью и физиологической средой, отвечая на вопросы о адсорбции белка, степени присоединения клеток к различным материалам, поверхностно - индуцированном иммунном ответе и о том, как модифицировать поверхность материала для оптимизации его функций. Таким образом, это эффективный инструмент для изучения, представления и оптимизации свойств биоматериала.

Биологическая совместимость пористых титановых поверхностей

При измерении угла контакта на поверхности грубого биологического материала следует учитывать шероховатость поверхности. Титан - это металл, часто используемый для имплантации костей. Определенная пористость благоприятна для костного синтеза, поэтому измерение шероховатости поверхности является обычной работой при разработке биологических материалов. Измерение угла контакта с поправкой на шероховатость позволяет отделить влияние шероховатости от значения угла контакта.

Прикладной дайджест - влияние морфологии и увлажнения на биологическую совместимость

[Загрузить шероховатость и смачиваемость поверхности]

Увлажняющие свойства контактных линз

Увлажняемость контактных линз является мерой способности линзы поддерживать непрерывность и устойчивость к разрыву слезоточивой оболочки на ее поверхности. Линзы с ограниченной смачиваемостью неудобны, а визуальные характеристики снижаются. Для улучшения качества линз используются различные виды покрытия.

Оценка смачивающих свойств контактных линз с помощью статических и динамических измерений угла контакта. Обычно измеряется методом захвата пузырьков, так как он имитирует состояние глаз и удерживает их на поверхности линзы.Состояние гидратации. Угол отступления имитирует ситуацию, когда веко открывается и слезная оболочка начинает разрываться на линзе. С другой стороны, угол движения имитирует ситуацию, когда веко закрывается и слезная оболочка на линзе начинает восстанавливаться.

Скачать Applied Digest: "Изучение контактных линз методом захвата пузырьков"

Имплантация белка в реальном времени

Когда биологический материал или медицинское устройство помещается в организм, белки начинают адсорбироваться на поверхность почти сразу. В некоторых случаях, таких как пластические хирургические имплантаты, эта адсорбция полезна, поскольку белки могут способствовать клеточной адгезии, которая делает имплантаты органически связанными. В других случаях, таких как стенты, поскольку адсорбция определенных белков, особенно фибриногена, может вызвать тромбоцитарную связь и последующее образование тромбов или иммунных реакций, адсорбция белка обычно является неблагоприятной. Структура белка также может определять активность поверхности и биологические реакции, которые она может сопровождать. В зависимости от конкретного применения поверхность материала может быть модифицирована для достижения желаемого эффекта.

Технология QCM - D позволяет анализировать адсорбцию белков на различных поверхностях в режиме реального времени. В частности, можно проанализировать количество связываемых белков и скорость адсорбции. Информация о конфигурации также может быть выведена из диссипативных реакций, особенно когда белки имеют растянутую форму. Это помогает просеивать новые медицинские материалы и модификации поверхности, а также помогает понять механизм адсорбции белка.

В реальном времени клеточная адгезия и расширение

Присоединение клеток к поверхности биоматериала может быть основным фактором, регулирующим их биологическую совместимость и интеграцию. Например, адгезия костных и фиброзных клеток может способствовать восстановлению тканей и заживлению ран. Клеточная адгезия зависит от поверхностных свойств, таких как поверхностная энергия, шероховатость и адсорбция белков на поверхности.

Технология QCM - D позволяетособенноСпособ мониторинга клеток, как во время первичной клеточной адгезии, так и во время расширения клеток и морфологических процессов в реальном времени. Оконный модуль QSense позволяет одновременно проводить исследования QCM - D и оптической микроскопии, связывающие морфологические изменения клеток с их вязкоэластичными свойствами.

Симптомы биоминерализации

Интеграция или фиксация биоматериала в костной структуре является ключевым шагом на пути к успешной имплантации. Одной из основных причин неудачной имплантации является плохая фиксация биологических материалов на костях. Чтобы усилить фиксацию имплантата, биокерамическое покрытие из фосфата кальция (CaP) используется в качестве биологически активного интерфейса между имплантатом и окружающими тканями. Эти покрытия могут быть изготовлены на многослойной пленке полиэлектролита, а поверхность модифицирована, чтобы вызвать образование ядра и контролируемый рост кристалла CaP. Этот метод имеет преимущества, которые могут быть применены к сложным формам и пористым материалам.

QCM - D может использоваться для мониторинга скорости и степени биоминерализации в реальном времени, чтобы понять механизмы биоминерализации и настроить функции многослойных мембран полиэлектролита.

Статьи в блоге

[Как шероховатость и смачиваемость поверхности влияют на биологическую совместимость]

[Создание спроса на оксифосфатные чипы]

[Пять основных чипов QSense для исследования биоматериалов медицинских устройств]

[Интервью профессора Джоя с исследованиями биологических материалов, часть II]

[Интервью профессора Джоя с исследованиями биологических материалов]

[Адсорбция белков на биоматериалах]

[Обработка поверхностей и покрытие / фармацевтика]

В исследованиях и разработках лекарственных средств существует огромное количество поверхностей, которые необходимо учитывать и адаптировать к своему поведению и свойствам, чтобы получить хорошую производительность во взаимодействии с окружающей средой.

Эта типичная поверхность является покрытием продукта, таким как фармацевтические таблетки, свойства которых значительно влияют на доставку и высвобождение фармацевтических соединений. Другие очень важные поверхности - это те, с которыми препарат контактирует на стадии приготовления, хранения и введения, а также ситуации, когда взаимодействие на каждой поверхности может повлиять на стабильность препарата.

Разработка лекарственных средств

QSenseЧувствительность к качеству на уровне Nak предлагает неограниченный потенциал для обнаружения и разработки лекарств. черезQSenseПроведенные исследования включали:

В различных экспериментальных условиях осуществляется точный мониторинг взаимодействия микромолекулярных препаратов с белками, клеточными мембранами и РНК в режиме реального времени. [1]

Белки - белковые взаимодействия [2]

Мелкие молекулы взаимодействуют с РНК, когда структура РНК изменяется [3]

Доставка лекарств

QSenseБыла продемонстрирована рентабельная и временноэффективная технология, особенно для характеристики липидных наночастиц (LNP) и их свойств доставки лекарств. Многочисленные документальные свидетельстваQSenseМожет использоваться для:

Анализ сродства сывороточного белка к липидным наночастицам (LNP) [4]

Биологические молекулы (такие как siRNA и mRNA) связываются и высвобождаются на LNP [5]

Доставка СПП в целевой орган [6]

Отбор связывания белков сыворотки с LNPs в бесклеточной среде [7]

Анализ поверхностных модификаций СПГ [8]

Взаимодействие липидов с биологически активными молекулами (включая лекарства, ДНК и siRNA) [9]

Влияние связывания ApoE на распределение липидных компонентов и общую структуру LNP [24]

Наночастотные решетки для хранения функционального LNP [25]

Формула LNP для повышения эффективности доставки нуклеиновых кислот LNP [26]

Используйте cDNA для фиксации микропузырьков на поддерживающих липидных двойных слоях [27]

Взаимодействие мозаичного сополимера стабилизирующего куба с биоаналоговой липидной мембраной [28]

Анализ стабильности белков в процессе разработки и оптимизации формул препаратов, биофармацевтического производства, хранения и введения

利用микровесы QSense на рассеянных кварцевых кристаллахАнализ для оценки стабильности биофармацевтических препаратов и совместимости материалов

В динамичном жизненном цикле биофармацевтики, от первоначальной идеи исследований и разработок до использования пациентами, стабильность и совместимость материалов имеют решающее значение. Сложное взаимодействие биофармацевтических препаратов с различными поверхностями в процессе производства, хранения и введения может привести к таким проблемам, как случайная адсорбция, снижение концентрации или образование белковых частиц.

Активный скрининг для снижения риска

Раннее выявление потенциальных проблем имеет решающее значение для предотвращения сбоев в графике и финансовых потерь. В процессе разработки активный скрининг нестабильности, вызванной поверхностью, помогает снизить риск позднего провала.QSense® QCM - D может обеспечить всесторонний анализ биофармацевтических взаимодействий, обеспечивая глубокое понимание молекулярной адсорбции, десорбции и структурных изменений в наномасштабе для быстрого обнаружения несовместимости.

Ключевые возможности QSense QCM - D в качестве инструмента для ранней оценки успеха биофармацевтики

Анализ взаимодействия биофармацевтических препаратов с соответствующими поверхностными материалами
Оперативная оценка воздействия материалов, используемых на ранних этапах производства, хранения и введения биофармацевтических препаратов, на полные составы.

Минимизация риска путем активного обнаружения несовместимости
Быстрое измерение адсорбции формулы - кандидата на соответствующих поверхностях и определение способов уменьшения несовместимости.

Мониторинг адсорбции антител и добавок в режиме реального времени
Понимание механизмов действия поверхностно - активных веществ и их потенциала в качестве стабилизаторов.

QSense проводит оценку разработки формулы

Определение уровня адсорбции антител на различных поверхностных материалах

Понимание молекулярного расположения поверхности материала.

Какие поверхности могут вызвать проблемы несовместимости?

Оценка влияния добавок на адсорбцию антител

Исследуйте, как изменения концентрации, pH, температуры, поверхностного материала или типа ПАВ влияют на уровень адсорбции.

Читать случаи

скачатьБелая кожаУзнайте больше о том, как использовать технологию микровесов рассеянного кварцевого кристалла QSense для снижения риска позднего обнаружения несовместимости.

Скачать Белая кожаОценка стабильности биофармацевтических препаратов и совместимости материалов с использованием микровесов рассеянного кварцевого кристалла QSenseкнига

Типичные примеры включают:

Взаимодействие лекарственных средств с поверхностями, такими как полимеры, стекло, металлы и оксиды металлов, кремниевое масло [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]

Эффект добавок в снижении адсорбции лекарств - белков на поверхности [17]

Воздействие условий формулы (концентрация, pH, температура и т.д.); [18]

Влияние интерфейсов и интерфейсных напряжений на разработку биологических продуктов [19]

* Примечание: До 200 видов чипов, которые могут быть настроены на поверхность чипа в соответствии с требованиями пользователя

Взаимодействие биологических материалов с тканями человека

Биологическая совместимость имплантатов и биологических материалов в организме человека является ключом к их успешному функционированию.QSenseПроводится экстракорпоральный анализ взаимодействия поверхности имплантата или биоматериала с кровью и тканями человека на молекулярном уровне.

Различные рецепты ухода за глазами взаимодействуют с липопротеином / поверхностью клеточной мембраны [20].

Разработка биологических датчиков

QSenseОн также широко используется в разработке таких типов датчиков, как белковые биодатчики и датчики мгновенного обнаружения.

Белковые биосенсоры [21], [22]

Датчики мгновенного обнаружения (Point - of - care sensors) [23]

QSense QCM-DЭто поверхностно - чувствительная технология, которая обнаруживает молекулярно - поверхностные взаимодействия в наномасштабе. Он может использоваться для анализа таких явлений, как адсорбция, десорбция и структурные изменения поверхностного адсорбционного слоя.

QSenseНа основе технологии QCM - D

Дискретные кварцевые кристаллические микровесы (QCM - D) - это технология в реальном времени, чувствительная к поверхности, которая может быть использована для анализа поверхностных взаимодействий, образования пленки и характеристик пленки.

Исследуйте QCM - D

микровесы QSense Omni с диссипативными кварцевыми кристаллами

QSense ОмниИз - заQCM-DПионер технологии Шведская компания Baiolin Technology Co., Ltd. продвигает разработку последнего поколения рассеянных кварцевых микровесов,QCM-DНовые технологииКоллектив.ОмниЧувствительность выше, чем у любого другого QCM на рынке, что позволяет ему количественно измерять и контролировать более мелкие молекулы, более быстрые процессы и является идеальным инструментом для изучения биологических процессов. В QSense имеется более 200 вариантов материалов и покрытий для поверхности чипа, которые поддерживают моделирование реальной биологической среды и процессов, характеризующих скорость адсорбции белка, образование пленки, жесткость адсорбционного слоя, кальцификацию, клеточную адгезию и т.д.

QSense Омнимикровесы на рассеянных кварцевых кристаллах

Возможность обнаружения изменений на поверхности чипа от крошечных до 24 нг / см2

Более быстрый обмен жидкостями (в 5 раз больше, чем у продуктов предыдущего поколения), обеспечивающий более быструю и четкую доставку образцов

Полная автоматизация, минимизация зависимости пользователей

Более упрощенный рабочий процесс и новый интуитивный программный интерфейс облегчают использование QCM - D для более широкого круга пользователей.

Преимущества QSense

Интуитивно понятные, автоматизированные стендовые приборы

Легко внедряется в лаборатории.

Данные о взаимодействии белков в реальном времени

Полное понимание интерактивных процессов и механизмов

Требуемое количество образцов составляет 90 мкл.

Получение ценных результатов из небольшого количества образцов

Результаты можно получить за несколько часов.

Быстрое отображение конечного результата

Предпрограммируемый стандартный сценарий

Легко устанавливать и воспроизводить измерения

Можно выбрать несколько чипов.

Чип QSense для биофармацевтики

Чип QSenseЭто позволяет измерить взаимодействие различных поверхностных материалов, связанных с производством, хранением и введением антител и других биологических препаратов - от металлов, стеклянных материалов до полимеров, таких как нержавеющая сталь, борсиликатное стекло и биополимеры.

Чип QSense PDMS

ПДМСЭто смазочные шприцы и подобные лабораторные приборы.хорошоВыбор, в этих устройствах важно поддерживать целостность хранящихся жидкостей и биологических образцов. Кроме того, его термоизоляционные и электроизоляционные свойства защищают чувствительные образцы и компоненты.

Найдите чип, который отвечает вашим потребностям

Чип лежит в основе эксперимента QCM - D.Посмотреть виды на рынкеПолныйЧип, узнай, какой чип материал и покрытиеподходящийВаши исследовательские потребности.

Симптомы смачивания для изготовления покрытий

Покрытие на таблетках имеет несколько применений. Покрытие используется для маскировки вкуса или запаха, защиты лекарств от эрозии кислотной среды желудка или защиты эндометрия желудка от агрессивных лекарств. Покрытие также может быть спроектировано для контроля характеристик высвобождения препарата. По какой - либо причине покрытие применяется к ядру таблетки, и одной из предпосылок успеха является хорошая адгезия покрытия с таблеткой.

Для обеспечения хорошей адгезии препараты с покрытием должныРаспространяется на поверхности таблетки. Если какая - то часть проникает в пористость таблетки, сцепление усиливается. Масштабирование состава покрытия на поверхности таблетки может быть оценено путем измерения угла контакта и свободной энергии поверхности. Поскольку поверхностная пористость также действует,шероховатость поверхностиИзмерение и определение шероховатостиУгол контактаМожно было бы дать больше информации по этому вопросу.

В некоторых случаях из - за изменения увлажняющих свойств невозможно сжать препарат в таблеточную форму. Поэтому метод Washburn часто используется для определения фармацевтических соединений.Угол контакта. Метод Washburn также используется для изучения смачивающих свойств в таких процессах, как сухое полимерное покрытие, в котором полимерные порошки и различные добавкиУгол контактаЭто интересно.

Измерение угла контакта фармацевтических соединений

Фармацевтическая промышленность часто использует различные порошки в качестве фармацевтических соединений, поэтому понимание увлажняющего поведения порошка очень важно для фармацевтической промышленности.

Смягчение порошка может быть использованоСигма 700/701Измеряется методом Washburn. В методе Washburn угол контакта рассчитывается на основе увеличения веса порошка с течением времени при контакте с жидкостью.

Список литературы

[1] Маломолекулярный контроль противоопухолевой активности и внеопухолевой токсичности супрамолекулярного биспецифического ангажиера Т-клетокНат. Биомед. Eng 2024, 8 (5), 513–528. https://doi.org/10.1038/s41551-023-01147-6.

[2] Genentech-Вискоэластическая характеристика составов антител высокой концентрации с использованием микробаланса кварцевых кристаллов с мониторингом диссипацииJournal of Pharmaceutical Sciences 2009, 98 (9), 3108–3116.
https://doi.org/10.1002/jps.21610.

[3] РошРеконституция и функциональный анализ полнодлинной NS5B-полимеразы вируса гепатита С на поддерживаемом липидном двухслоеACS Цент. Наука. 2016, 2 (7), 456–466. https://doi.org/10.1021/acscentsci.6b00112.

[4]Быстрый и надежный метод, основанный на приборах QCM-D для скрининга взаимодействий наночастиц/кровиБиосенсоры 2023, 13 (6), 607. https://doi.org/10.3390/bios13060607.

[5]Исследование QCM-D и SAXS взаимодействия функционализированных лиотропных жидкокристаллических липидных наночастиц с siRNAChemBioChem 2017, 18 (10), 921–930. https://doi.org/10.1002/cbic.201600613.

[6]Помощная структура липидов влияет на адсорбцию белка и доставку липидных наночастиц в селезенку и печеньБиоматер. Наука. 2021, 9 (4), 1449–1463.
https://doi.org/10.1039/D0BM01609H.

[7] АстраЗенека –Скрининг связывающей аффинности белков сыворотки к липидным наночастицам в клеточной средеJournal of Colloid and Interface Science 2022, 610, 766-774. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.11.117.

[8]Информация о механизмах взаимодействия между ингалируемыми гибридными липидно-полимерными наночастицами и легочной поверхностно-активной веществомJournal of Colloid and Interface Science 2023, 633, 511-525.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.11.059.

[9]О взаимодействии между РНК и титрируемыми липидными слоями: последствия для доставки РНК с помощью липидных наночастицNanoscale 2024, 16 (2), 777–794.
https://doi.org/10.1039/D3NR03308B.

[10] Genentech –Адсорбция и агрегация моноклональных антител на интерфейсах силиконового масла и водыМол. Фармацевтика 2021, 18 (4), 1656–1665. https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.0c01113.

Бристоль-Майерс СквикбМеханизмическое понимание взаимодействий белка и силиконового маслаPharm Res 2012, 29 (6), 1689–1697.
https://doi.org/10.1007/s11095-012-0696-6.

[12] Бристоль-Майерс Сквикб –Адсорбция поверхностно-активных веществ типа оксид полипропилена-оксид полиэтилена на поверхностях фармацевтических соответствующих материалов: воздействие поверхностной энергии и структур поверхностно-активных веществФармацевтическое развитие и технологии 2019, 24 (1), 70–79. https://doi.org/10.1080/10837450.2018.1425431.

[13] Бристоль-Майерс Сквикб –Характеризация частиц для белкового лекарственного продукта, хранящегося в предварительно заполненных шприцах, с использованием микротокового изображения, Архимеда и кварцевого кристалла с диссипациейAAPS J 2017, 19 (1), 110–116.
https://doi.org/10.1208/s12248-016-9983-1.

[14] Компания Pfizer –Инженерия керамического поршневого насоса для минимизации образования частиц для терапевтического иммуноглобулина: комбинированный факториальный и моделирующий подход.J Adv Manuf & Process 2023, 5 (1), e10142.
https://doi.org/10.1002/amp2.10142.

[15]Адсорбция антител и ориентация на гидрофобные поверхностиLangmuir 2012, 28 (3), 1765–1774.
https://doi.org/10.1021/la203095p.

[16] АстраЗенекаВлияние металлического интерфейса на стабильность и качество терапевтического синтезного белкаМол. Фармацевтика 2020, 17 (2), 569–578. https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.9b01000.

Компания Janssen Pharmaceuticals (Johnson and Johnson)Кварцовый кристаллический микробаланс как инструмент прогнозирования взаимодействий между лекарственным и материальным средствами в внутривенном администрировании лекарственных препаратовЖурнал фармацевтических наук 2023, 112 (12), 3154–3163. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2023.07.019.

[18] Эли ЛиллиПоверхностные взаимодействия моноклональных антител, характеризующихся микробалансом кварцевых кристаллов с диссипацией: воздействие гидрофобичности и самовзаимодействий белковЖурнал фармацевтических наук 2012, 101 (2), 519-529.
https://doi.org/10.1002/jps.22771.

Бристоль-Майерс СквикбОбзор влияния интерфейсной нестабильности белка на развитие биологических продуктовВ белковой нестабильности на интерфейсах во время разработки лекарственного продукта; Ли, Дж., Крауз, М. Е., Ту, Р., Ред.; AAPS прогресс в фармацевтических науках серии; 2021; Vol. 43, pp. 1-8.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-57177-1_1.

[20] Новартис Фарма –Понимание свойств адсорбции и потенциальной стабильности слезной пленки рекомбинантного лубрицина человека и субмаксиллярных муцинов говядины в модели слезной пленки in vitroКоллоиды и поверхности В: биоинтерфейсы 2020, 195, 111257. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.111257.

[21]Двойный режим и без маркировки обнаружения экзосом из плазмы с использованием электрохимического кварцевого кристалльного микробаланса с мониторингом диссипацииАнальный. Химия. 2022, 94 (5), 2465–2475. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04282.

[22]Усиленный биосенсор QCM-D для белка на основе аптамерофункциональных золотых наночастицБиосенсоры и биоэлектроника 2010, 26 (2), 575-579. https://doi.org/10.1016/j.bios.2010.07.034.

[23]Биоактивированный микроканал PDMS, оцениваемый в качестве датчика для клеток CD4+ человека - концепция метода точки ухода для мониторинга ВИЧДатчики и приводы B: Chemical 2007, 123 (2), 847-855.
https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.10.034.

[24]Связывание аполипопротеина E приводит к структурному и композиционному перераспределению липидных наночастиц, содержащих мРНК.ACS Nano 2021, 15 (4), 6709–6722. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10064.

[25]Разработка нанопакетировки для хранения и транспортировки загруженных липидных наночастиц.Нано Летт. 2023, 23 (14), 6760–6767.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01271.

[26]Обзор структурной конструкции, направляющей разработку липидных наночастиц для доставки нуклеиновой кислоты.Текущее мнение в Colloid & Interface Science 2023, 66, 101705. https://doi.org/10.1016/j.cocis.2023.101705.

[27]QCM-D Исследования холестерина-ДНК привязки липосом к микропурщикам для терапии.Дж. Фис. Химия. B 2023, 127 (11), 2466–2474.
https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.2c07256.

[28]Термочувствительные липофильные блоковые кополимеры на основе NIPAM в качестве стабилизаторов для кубических наночастиц на основе липидов.Коллоиды и поверхности В: биоинтерфейсы 2022, 220, 112884. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2022.112884.

[Биологический интерфейс / биопленка]

Вы исследуете мир, основанный на липидной структуре?

Биологические мембраны и липидные тела, основанные на липидной структуре, широко используются в различных областях исследований. Например, при проектировании и разработке новых биосенсорных систем, покрытий биоматериалов и систем доставки лекарств эти структуры используются в качестве инертных поверхностей, биологически совместимых поверхностей, имитаторов клеточных мембран или транспортных носителей.

В исследованиях биопленки можно использовать два метода. На воздушно - водном интерфейсе может быть сформирована плавающая структура биомембранной модели, которая позволяет моделировать характеристики и условия клеточной среды.

Другим методом является формирование поддерживающей биопленки или липидной структуры на твердом фундаменте. Поддерживаемый липидный двойной слой - это липидный слой, осажденный на поверхности и состоящий из заранее определенных соотношений липидов, которые могут быть помечены как различные молекулы или встроенные мембранные белки. Эти пленки могут помочь понять биологические процессы и выступать в качестве ключевого фактора при подготовке биологических материалов. Они также могут участвовать в более сложных структурах, таких как конструкция биодатчиков и взаимодействие с различными биологическими или синтетическими молекулами, такими как комбинации, DNA、 Взаимодействие наночастиц, полимеров или других липидных структур.

При проектировании и разработке нанопрепаратов наноструктуры на основе липидов могут служить кровеносными сосудами и целевыми носителями для транспортировки лекарств. Интересующий препарат встраивается в капсульную или пузырьковую структуру, адаптированную к конкретным условиям окружающей среды, усиливая защиту от наркотиков с точки зрения стабилизации и снижения токсичности, продления цикла, контроля скорости высвобождения и улучшения ориентации тканей.

Плавающая биомембранная модель

Большинство биохимических реакций происходит вокруг клеточной мембраны или в двухслойной мембране фосфата внутри клетки. Клеточная мембрана влияет на сворачивание белка и создает специфическую микросреду, которая реагирует. Для понимания и моделирования реальных биологических систем эти взаимодействия должны изучаться в среде, имитирующей природные условия. Мембранный фосфатный монодециллин Лангмюэля оказался хорошей системой биомембранных моделей.

Однослойная фосфатная мембрана Лангмюля похожа на полубиологическую мембрану и может использоваться в качестве модели клеточной мембраны и, как было подтверждено в литературе, является отличной моделью для биологических систем. В свободном плавающем мономолекулярном слое молекулярная диффузия и динамика близки к их роли в реальной системе. В природе большинство биохимических реакций происходит на био - мембранных интерфейсах, где свободно плавающие мембраны модели позволяют молекулам естественным образом распространяться и перемещаться. Для изучения клеточных биомембран анализатор мембран Langmuir может быть объединен с различными датчиками и приборами, кроме весов мембраны Langmuir. Другие исследовательские технологии включают PM - IRRAS, BAM, SPOT, флуоресцентный микроскоп и традиционный микроскоп, что позволяет изучать молекулярные взаимодействия, молекулярное позиционирование, аккумуляцию и формирование микрообластей в мономолекулярном слое.

Моделирование поведения поверхностно - активных веществ легких

Поверхностно - активные вещества легких, покрывающие легкие, играют решающую роль в процессе облегчения дыхания. Во время ингаляции поверхностно - активные вещества снижают поверхностное натяжение тканей примерно в 15 раз, что облегчает расширение легких. При выдохе уменьшение площади поверхности легких делает поверхностно - активные вещества более концентрированными на поверхности. В конце выдоха создается почти нулевое поверхностное натяжение, которое предотвращает коллапс легких.

Дипальмилфосфатилхолин (DPPC) - это фосфат, который присутствует на поверхности легких.Высоко упорядоченная твердофаза DPPC поддерживается на почти нулевом поверхностном натяжении альвеол во время выдоха. Для моделирования фактического поведения поверхностно - активных веществ в легких необходимы измерения при почти нулевом поверхностном натяжении. Исследования показывают, что анализатор ленточного скольжения KSV NIMA Langmuir может использоваться для измерения почти нулевого поверхностного натяжения DPPC.

Прикладной дайджест: Высокое поверхностное давление мономолекулярного слоя с помощью анализатора ленточного скольжения: поверхностно - активные вещества легких при почти нулевом поверхностном натяжении

Структура, поддерживающая липидные структуры

Погрузка Langmuir - blodgett (LB) и Langmuir - Schaefer (LS) является методом приготовления двухслойного фосфата, состоящего из двух различных липидов. В сочетании с методами LB и LS можно также создать липидный двухмолекулярный слой, состоящий из асимметричного фосфата. Например, некоторые биохимические датчики могут быть подготовлены для использования в спектре резонанса поверхностной плазмы, для измерения микробаланса кварцевых кристаллов и для рентгеновского спектра фотоэлектронов. Третий способ состоит в том, чтобы подготовить поддерживающие двойные слои фосфата непосредственно на поверхности в настройках QCM - D путем разрыва и слияния пузырьков.

Поддерживающая биопленка - приготовление и представление

Независимо от того, обрабатываем ли мы поддерживаемые биомембраны, липиды или другие липидные структуры, мы можем использовать QSense QCM - D для описания и проверки соответствующих процессов поглощения и высвобождения на поверхности, что важно для понимания, настройки и оптимизации липидных систем. Например, можно контролировать динамику образования поддерживающих липидов на поверхности и оценивать качество образующихся двойных мембран. Последующие взаимодействия с липидной мембраной, такие как поглощение или связывание мембранно - связывающих молекул или проверка их дефектных частей, также могут контролироваться. В контексте наномедицины могут быть описаны процессы поглощения, передачи и высвобождения наноструктур на основе липидов, а также кровеносные сосуды, которые могут использоваться в качестве мишеней для доставки лекарств.

[Биологический интерфейс / биомолекулярное взаимодействие]

Анализ биомолекулярных взаимодействий находится в центре внимания многих дисциплин, от биохимии и биотехнологии до медицинских наук. Будучи центром фундаментальных и прикладных исследований и разработок, исследования биомолекулярных взаимодействий направлены на то, чтобы перейти от простого приобретения знаний и понимания биологических систем и функций к использованию полученных знаний для разработки лекарств, бионических датчиков и технологий, которые улучшают качество нашей жизни.

Базовое понимание биологических молекулярных взаимодействий

Например, в фундаментальных и прикладных исследованиях целью является базовое понимание механизмов взаимодействия липидов и белков - рецепторов, в которых эти системы изучаются и характеризуются процессами взаимодействия биологических молекул.

QSense QCM - D - это метод обнаружения и мониторинга биологических молекулярных взаимодействий в режиме реального времени, таких как динамика связывания и взаимодействия и структурные изменения в молекулярном слое. Этот метод был использован для улучшения понимания механизмов взаимодействия целей и изменений в структуре рецепторов. Он также используется для изучения поведения молекул и причин заболеваний, таких как нарушение сворачивания белков, скопление полипептидов, растущих и тонких волокон, амилоидных структур и т. Д.

Поскольку большинство биохимических реакций в природе происходит на клеточных мембранах, состоящих из двухслойных мембран фосфата или внутри клеток, мембраны влияют на свертывание белков и создают конкретную микросреду, в которой происходит реакция. Для понимания и моделирования реальных биологических систем эти взаимодействия должны изучаться в среде, имитирующей природные условия. Мембранный фосфолипидный монодециллин Лангмюэля оказался превосходной модельной системой для биологических мембран. В исследованиях лекарств проникновение лекарств в клетки через клеточную стенку и реакция препарата на клеточную мембрану являются важными факторами в передаче лекарств. Они могут быть оценены путем изучения взаимодействия препарата с плавающей биомембранной моделью. В пищевой промышленности удаление аллергенных белков очень важно, и более глубокое понимание может быть достигнуто путем изучения молекулярного уровня.

Прикладной дайджест: взаимодействие биологических молекул в клеточных мембранных моделях.

Анализ биомолекулярных взаимодействий в прикладных исследованиях и разработках

Эта новая информация может быть использована после того, как будут созданы знания в области взаимодействия биологических молекул. В прикладных науках, таких как фармакологические исследования, нанотоксикология или конструкция биодатчиков, взаимодействие биомолекул имеет решающее значение, и эти знания могут быть использованы для определения целей новых соединений и обнаружения потенциальных новых лекарств - кандидатов.

В этом контексте QSense QCM - D используется для анализа взаимодействия белков и белков с ДНК, а также для обнаружения взаимодействия антител - антигенов. QCM - D очень чувствителен к изменениям конфигурации трехуровневой структуры после связывания мелких молекул с белками и может использоваться для проектирования, проверки и оптимизации фармацевтических соединений. Например, изучается влияние амилоидных ингибиторов роста, изучается конфигурационное воздействие рецепторов нуклеиновых кислот и фильтруется взаимодействие соединений с клетками и белковыми лекарственными мишенями.

Знание биомолекулярных взаимодействий также может быть использовано для проектирования биодатчиков и систем обнаружения, где биоповедение имитируется и используется, например, для обнаружения и диагностики заболеваний.

Токсичность наночастиц

Наночастицы (NP) теперь используются во многих различных отраслях промышленности, включая косметику, краски и покрытия. Поэтому были проведены углубленные исследования токсичности наночастиц. Благодаря своему огромному соотношению площади поверхности, вдыхаемые наночастицы могут вызывать воспаление легких и нежелательные иммунные реакции в дыхательной системе.

мембранный анализатор Langmuir обеспечивает исследование воздействия наночастиц на липидные мембраныхорошоИнструменты. Изучалось влияние наночастиц 1 Вт% гидроксифосфата на кривую изотермического сжатия природного поверхностно - активного агента легких (Infasurf). После контакта с наночастицами кривая изотермического сжатия слева имеет выраженную временную зависимость, что указывает на ингибирующее действие поверхностно - активных веществ.

ACS Nano 2011, 5 (8), 6410 - 6416. 2011 Американское химическое общество авторские права. (С разрешения)

[Функциональная поверхность / датчик]

Жизнь в современном обществе, где информация и предсказуемость высоко ценятся, окружена большим количеством датчиков для обнаружения, обнаружения и измерения всех аспектов окружающей среды. Объем информации, собираемой каждый день, очень велик, и температура, давление воздуха, интенсивность света или токсичные вещества являются лишь некоторыми из примеров.

Иногда собираемые данные просто предоставляют нам информацию и удобство жизни, например, дают нам информацию, чтобы мы могли решить, брать ли дополнительный свитер, когда мы выходим. Но он также может использоваться для принятия решений о необходимости регулирования и контроля, например, для проверки того, что значения давления остаются в пределах заданных максимумов и минимумов. Каждый тип датчика основан на конкретном методе обнаружения и может контролировать интересующие параметры.

Биологические датчики являются подкатегорией датчиков. Биологические датчики используют биометрические системы, разработанные в природе для обнаружения таких объектов, как объекты, связанные с рецепторами. Затем эта информация преобразуется и собирает показания. Датчики на основе электропроводящих полимероввысокийПотенциал их применения в настоящее время тщательно изучается. Технология Langmuir - Blodgett позволяет производить высокособранные пленки с контролируемой толщиной, поэтому она также используется в датчиках. Эти датчики используются для обнаружения следов антибиотиков в газодатчиках и растворах. Применяются различные методы обнаружения, от оптического обнаружения до измерения электропроводности.

QSense QCM - D как акустический биодатчик

Биосенсоры применяются во многих областях, таких как медицинские приложения, пищевая промышленность и оборона. В дополнение к биометрическим элементам, биометрические датчики включают в себя два компонента: биометрические датчики и интерпретируемое считывание сигналов. Датчики могут быть основаны на разных принципах. Общим сенсорным принципом является акустическое зондирование, такое как микровесы кварцевых кристаллов (QCM). Технология QCM, основанная на пьезоэлектрическом принципе, является методом биозондирования и используется в разработке и применении биодатчиков в течение десятилетий.

Как подробно описано в этом широко распространенном и подробном обзоре акустических биодатчиков, биодетекторные системы биодатчиков могут основываться на антителах, белках, DNA、 Клетки, липидные структуры, углеводы и наночастицы проектируют и строят соответствующие модули. Строительные модули и идентификационные компоненты варьируются от малого до большого и могут обнаруживать, от скрещивания ионов тяжелых металлов и ДНК до клеточной адгезии, размножения и роста и реакции клеток на внешние стимулы. Потенциальные системы обнаружения очень обширны и постоянно изучают стратегии обработки интерфейса датчика для повышения его чувствительности и избирательности.

Проводящий датчик на основе полимера

По мере того, как все больше внимания уделяется миниатюрным устройствам, недавно разработанные наноматериалы могут способствовать дальнейшему развитию этой области. Многие из этих материалов изготавливаются не традиционными методами микропроизводства, а с использованием новых технологий.

Проводящие полимеры, такие как полистирол, политиофен, полипиррол и их производные, используются в качестве активного слоя газовых датчиков и в производстве биодатчиков стационарных ферментов. Датчики, изготовленные из проводящих полимеров, имеют много отличных характеристик, таких как высокая чувствительность и короткое время отклика. Проводящие полимеры также легко синтезируются, и они обладают хорошими механическими свойствами. LB - мембранный анализатор может быть использован для подготовки высокоуправляемых полимерных пленок с высокой степенью электропроводности.

[Функциональные поверхности / биологические функциональные материалы]

На протяжении всей истории человечества люди пытались заменить или восстановить поврежденные или больные части тела, чтобы восстановить и восстановить их функции. Как правило, люди выбирают материал для имплантации в зависимости от доступности; Современный календарьШиС появлением концепции биосовместимости и углублением соответствующих исследований биосовместимость также является одним из важных показателей отбора, и мы, вероятно, находимся на заре новых моделей и биологических материалов следующего поколения.

БШи ЧанРекорды по ремонту и замене частей тела датируются тысячами лет назад. В то время концепция биосовместимости или стерилизации еще не была предложена. На протяжении всей истории человечества материалы, используемые в качестве заменителей частей тела, варьировались в разные периоды. От морских раковин времен майя до готовых материалов, таких как полимеры, металлы и керамика героической эпохи после Второй мировой войны, до современных инженерных материалов, основанных на биосовместимости, таких как силикон, гидрогель и гидроксифосфат. В настоящее время разрабатывается новое поколение биологических материалов. Материалы нового поколения обладают не только хорошей биологической совместимостью, но и определенной функциональностью. Эти материалы могут быть адаптированы и использованы для контроля физиологической среды и обладают индуцирующей реакцией например для восстановления тканей.

Супермолекулярные и биологически активные материалы

Имплантаты, успешно интегрированные в тело, могут эффективно восстанавливать недостающие части тела, копируя структуру недостающей ткани. Но даже если материал имплантата совместим с человеческим телом, все еще существует вероятность долгосрочных осложнений и постоянной потери функции ткани. Предсказуемо, что биологически активные покрытия могут восстановить функции организма за счет таких взаимодействий, как индуцирование регенерации тканей и восстановительных реакций, работа над которыми уже ведется. Эти биологически функциональные материалы предназначены для стимуляции реакционных сверхмолекулярных наноструктур, которые, как правило, представляют собой полимеры, синтетические мембраны или другие наноразмерные сборки, функциональные путем встраивания биологических молекул, таких как белки, пептиды или лекарства. Эти материалы являются отзывчивыми и предсказуемыми и предназначены для восприятия и реагирования на окружающую физиологическую среду, обеспечивая хорошо контролируемую поверхность. Эти сверхмолекулярные системы и материалы могут использоваться не только в качестве имплантированных покрытий в тканевой инженерии и регенеративной медицине, но и в качестве фармацевтических носителей для стимулирования реактивной доставки лекарств и иммунологии.

Конструкция и характеристики сверхмолекулярных биологически активных материалов

Эти сверхмолекулярные наноструктуры обладают потенциалом для модификации и адаптации свойств материалов, которые, как ожидается, действительно решат некоторые из текущих биомедицинских проблем и могут установить статус биоматериала следующего поколения.

Однако для того, чтобы эти биологически активные материалы были спроектированы контролируемым образом, необходимо понимать процесс сборки нано - компонентов и характеризовать свойства материала в различных условиях окружающей среды. Технология QSense позволяет контролировать сборку материала в режиме реального времени и отображать динамическое влияние различных концентраций соли, температуры, pH и аналогичных параметров окружающей среды на структуру материала. Технология также позволяет оценить функциональные эффекты, такие как клеточная адгезия и растягивающие свойства.

Список литературы

Биоматериалов Science, 3е издание. Краткое описание медицинских материалов

Редактор: Бадди Ратнер, Аллан Хоффман, Фредерик Шон, Джек Лемонс, 2012