Nanotopografia

Nanotopografia odnosi się do specyficznych cech powierzchni, które tworzą lub są generowane w skali nanoskopowej . Chociaż termin ten może być używany do opisania szerokiego zakresu zastosowań, od układów scalonych po mikroprzepływy , w praktyce zwykle odnosi się do powierzchni o teksturze submikronowej, stosowanych w badaniach nad biomateriałami .

W naturze

W naturze zidentyfikowano kilka funkcjonalnych nanotopografii. Rozumie się , że niektóre powierzchnie, takie jak liść lotosu, nakładają tekstury w nanoskali w procesach abiotycznych, takich jak samooczyszczanie. Od tego czasu biomimetyczne zastosowania tego odkrycia pojawiły się w produktach konsumenckich. W 2012 roku uznano, że nanotopografie w przyrodzie są również wykorzystywane do celów antybiotycznych. Skrzydło cykady , którego powierzchnia pokryta jest nanoskalowymi słupkami, indukuje lizę bakterii. Chociaż nie zaobserwowano, aby nanokolumny zapobiegały adhezji komórek, działały one mechanistycznie, rozciągając błony mikrobiologiczne, aż do ich pęknięcia. Testy in vitro skrzydła cykady wykazały jego skuteczność przeciwko różnym szczepom bakterii.

Produkcja

Dostępnych jest wiele technologii wytwarzania nanotopografii. Wysokowydajne techniki obejmują funkcjonalizację plazmową , obróbkę strumieniowo-ścierną i trawienie . Chociaż są one tanie, procesy te są ograniczone pod względem kontroli i powtarzalności rozmiaru elementu i geometrii. Istnieją techniki umożliwiające większą precyzję cech, w tym litografia wiązką elektronów i osadzanie cząstek , ale w porównaniu z nimi są one wolniejsze i wymagają więcej zasobów. Alternatywnie, procesy takie jak samoorganizacja molekularna można wykorzystać, które zapewniają wyższy poziom szybkości produkcji i kontroli funkcji.

Zastosowania w medycynie

Chociaż wpływ nanotopografii na zachowanie komórek został rozpoznany dopiero w 1964 r., niektóre z pierwszych praktycznych zastosowań tej technologii są realizowane w dziedzinie medycyny. Wśród nielicznych zastosowań klinicznych znajduje się funkcjonalizacja implantów tytanowych za pomocą nanotopografii, generowanej za pomocą wytrawiania zanurzeniowego i piaskowania. Ta technologia była centralnym punktem różnorodnych badań mających na celu poprawę pooperacyjnej integracji niektórych elementów implantu. Wyznacznik integracji jest różny, ale ponieważ większość implantów tytanowych jest ukierunkowana na ortopedię, osteointegracja jest dominującym celem pola.

Zastosowania w inżynierii komórkowej

Nanotopografię łatwo stosuje się w hodowli komórkowej i wykazano, że ma ona znaczący wpływ na zachowanie komórek w różnych liniach . Cechy podłoża w nanoskali do rzędu 9 nm są w stanie zachować pewien efekt. Poddane wyłącznie wskazówkom topograficznym, wiele różnych komórek wykazuje reakcje, w tym zmiany we wzroście komórek i ekspresji genów . Pewne wzorce są w stanie indukować komórki macierzyste do różnicowania się w określone ścieżki. Godne uwagi wyniki obejmują indukcję osteogenną przy braku składników pożywki , jak również prawie całkowitego wyrównania komórek, jak widać w mięśniach gładkich . Potencjał wskazówek topograficznych do pełnienia ról, które w przeciwnym razie wymagałyby komponentów nośników opartych na kseno, oferuje wysoką przenośność do zastosowań klinicznych, ponieważ przepisy i koszty związane z produktami pochodzenia zwierzęcego stanowią główną przeszkodę w wielu technologiach związanych z komórkami.