Biointerfaz - Biointerface

Una biointerfaz es la región de contacto entre una biomolécula, célula , tejido biológico u organismo vivo o material orgánico que se considera que vive con otro biomaterial o material inorgánico / orgánico. La motivación de la ciencia de la biointerfaz proviene de la urgente necesidad de aumentar la comprensión de las interacciones entre biomoléculas y superficies. El comportamiento de los sistemas macromoleculares complejos en las interfaces de los materiales es importante en los campos de la biología , la biotecnología , el diagnóstico y la medicina. La ciencia de la biointerfaz es un campo multidisciplinario en el que los bioquímicos que sintetizan clases novedosas de biomoléculas ( ácidos nucleicos peptídicos, Peptidomiméticos , aptámeros , ribozimas , y de ingeniería de proteínas ) cooperar con los científicos que han desarrollado las herramientas para biomoléculas de posición con una precisión molecular (métodos de sonda proximal, métodos nano-y de contacto micro, haz de electrones y la litografía de rayos X , y la auto hasta inferior -métodos de ensamblaje), científicos que han desarrollado nuevas técnicas espectroscópicas para interrogar estas moléculas en la interfaz sólido-líquido, y personas que las integran en dispositivos funcionales (físicos aplicados, químicos analíticos y bioingenieros ).

Los temas de interés incluyen, entre otros:

• Interfaces neuronales
• Células en microambientes diseñados y medicina regenerativa
• Enfoques computacionales y de modelado de biointerfaces
• Membranas y biosensores basados ​​en membranas
• Péptidos , carbohidratos y ADN en biointerfaces
• Patogenia y detección de patógenos
• Interfaces de diseño molecular
• Interfaces de nanotubos / nanopartículas

Los campos relacionados con las biointerfaces son la biomineralización , los biosensores , los implantes médicos , etc.

Interfaces de nanoestructura

La nanotecnología es un campo en rápido crecimiento que ha permitido la creación de muchas posibilidades diferentes para crear biointerfaces. Las nanoestructuras que se utilizan comúnmente para biointerfaces incluyen: nanomateriales metálicos como nanopartículas de oro y plata , materiales semiconductores como nanocables de silicio , nanomateriales de carbono y materiales nanoporosos . Debido a las muchas propiedades únicas de cada nanomaterial, como el tamaño, la conductividad y la construcción, se han logrado varias aplicaciones. Por ejemplo, las nanopartículas de oro a menudo se funcionalizan para actuar como agentes de administración de fármacos para los cánceres porque su tamaño les permite acumularse en los sitios del tumor de forma pasiva. También como ejemplo, el uso de nanocables de silicio en materiales nanoporosos para crear andamios para tejidos sintéticos permite monitorear la actividad eléctrica y la estimulación eléctrica de las células como resultado de las propiedades fotoeléctricas del silicio. La orientación de las biomoléculas en la interfaz también se puede controlar mediante la modulación de parámetros como el pH, la temperatura y el campo eléctrico. Por ejemplo, se puede hacer que el ADN injertado en electrodos de oro se acerque a la superficie del electrodo mediante la aplicación de un potencial de electrodo positivo y, como explican Rant et al., Esto se puede utilizar para crear interfaces inteligentes para la detección biomolecular. Asimismo, Xiao Ma y otros, han discutido el control eléctrico sobre la unión / desvinculación de la trombina de aptámeros inmovilizados en electrodos. Demostraron que al aplicar ciertos potenciales positivos, la trombina se separa de la biointerfaz.

Interfaces de nanocables de silicio

El silicio es un material común utilizado en la industria de la tecnología debido a su abundancia, así como a sus propiedades como semiconductor. Sin embargo, en la forma a granel que se usa para chips de computadora y similares no son propicios para biointerfaces. Para estos fines, a menudo se utilizan nanocables de silicio (SiNW). Varios métodos de crecimiento y composición de SiNW, como el grabado , la deposición de vapor químico y el dopado , permiten personalizar las propiedades de los SiNW para aplicaciones únicas. Un ejemplo de estos usos únicos es que los SiNW se pueden usar como cables individuales para usar en sondas intracelulares o dispositivos extracelulares o los SiNW se pueden manipular en macroestructuras más grandes. Estas estructuras se pueden manipular en estructuras macropourus 3D flexibles (como los andamios mencionados anteriormente) que se pueden utilizar para crear matrices extracelulares sintéticas . En el caso de Tian et al., Se cultivaron cardiomiocitos en estas estructuras como una forma de crear una estructura de tejido sintético que podría usarse para monitorear la actividad eléctrica de las células en el andamio. El dispositivo creado por Tian et al. aprovecha el hecho de que los SiNW son dispositivos basados ​​en transistores de efecto de campo (FET). Los dispositivos FET responden a cargas de potencial eléctrico en la superficie del dispositivo, o en este caso, la superficie del SiNW. Ser un dispositivo FET también se puede aprovechar cuando se utilizan SiNW individuales como dispositivos biosensores . Los sensores SiNW son nanocables que contienen receptores específicos en su superficie que cuando se unen a sus respectivos antígenos provocarán cambios en la conductividad . Estos sensores tienen la capacidad de insertarse en las células con una mínima invasividad, lo que los hace preferibles de alguna manera a los biosensores tradicionales como los tintes fluorescentes, así como a otras nanopartículas que requieren un marcado objetivo.

Referencias