Nanoparticles dan Nanostructured Materials

Read Also

Dalam 50 tahun terakhir, peneliti material telah mempelajari secara ekstensif bagaimana mengeksploitasi nanopartikel dan nanostructur material di berbagai sektor biomedis dan kesehatan. Istilah "NP" biasanya mendefinisikan partikel kecil dari materi (berdiameter 1 hingga 100 nm), tetapi nama lain dapat digunakan untuk menggambarkan partikel yang lebih besar (berdiameter hingga 500 nm). Misalnya, nanorods, nanowires, dan nanofibers adalah nanopartikel dengan diameter dalam kisaran 1-100 nm tetapi dengan satu dimensi di luar dimensi skala nano. Nanostructur material adalah material nano dengan satu dimensi dalam rentang skala nano (<100 nm) dan terbuat dari satu material atau beberapa material. Oleh karena itu, nanostructur material terdiri dari bagian-bagian yang saling terkait dalam rentang skala nano. Nanopartikel dan nanostructur material dapat dibuat dari bahan sederhana (misalnya, logam, karbon, polimer), komposit (misalnya, logam polimer, logam silika, logam grafena), atau dalam bentuk core-shell.

Nanomaterials biasanya disintesis oleh salah satu dari dua pendekatan utama, yaitu pendekatan bottom-up dan pendekatan top-down. Di antara semua metode, baru-baru ini, sintesis nanomaterial dengan deposisi uap fisik, deposisi uap kimia, electrospinning, 3D printing, sintesis biologis, dan cairan superkritis, yang dicampur dengan metode lain untuk meningkatkan efisiensi sintesis. Nanomaterials menampilkan banyak fitur menarik, seperti kinerja mekanik yang superior, kemungkinan fungsionalisasi permukaan, luas permukaan yang besar, dan porositas yang dapat diatur, dibandingkan dengan material curahnya. Fitur luar biasa ini menjelaskan mengapa nanomaterial adalah kandidat sempurna di sektor biomedis untuk produksi perancah rekayasa jaringan (misalnya, pembuluh darah, tulang), sistem penghantaran obat (terapi gen, perawatan kanker, obat untuk infeksi pernapasan kronis), sensor kimia, biosensor, dan pembalut luka. Hebatnya, beberapa penelitian menunjukkan bahwa peradaban kuno di India, Mesir, dan Cina menggunakan nanoteknologi (logam emas) untuk tujuan terapeutik pada 2500 SM. Fitur diskrit Nanomaterials dapat memperumit penilaian efek dan risiko toksisitas yang terkait dengan penggunaannya dalam lingkungan biologis. Memang, komposisi kimia nanomaterial, ukuran, bentuk, muatan permukaan, luas, dan rute masuk dalam tubuh dapat mempengaruhi aktivitas dan efek biologisnya.

Dalam bioimaging, nanopartikel fluoresen yang disesuaikan dapat mengungguli probe molekuler tradisional sebagai indikator fluoresen, terutama dalam hal sensitivitas. Scaffolds nanofiber yang Tissue-engineered dianggap sebagai pilihan terbaik untuk mengelola kehilangan jaringan dan kegagalan organ stadium akhir dan telah membantu jutaan pasien di seluruh dunia. Scaffolds nanofibrous tiga dimensi adalah struktur berbasis polimer dengan kelembaban yang seimbang, penyerapan, porositas yang sangat terorganisir (60-90%), dan permeabilitas gas, sebanding dengan matriks ekstraseluler asli. Nanomaterial satu dan dua dimensi dapat digunakan untuk penguatan sinyal, berukuran nano (≤100 nm), memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, dan kompatibel dengan obat-obatan dan molekul biologis. Mereka juga telah digunakan untuk deteksi dini penyakit (misalnya, virus, bakteri, kanker). Nanomaterial antimikroba (misalnya, Ag, Au, CuO NPs) sering digunakan dalam dermatologi karena mereka berkontribusi untuk mempercepat penyembuhan luka dan mencegah / mengobati infeksi bakteri.

Berdasarkan dimensi, nanomaterial diklasifikasikan terutama menjadi empat kelompok: 0D, di mana panjang, tinggi, dan lebar ditetapkan pada satu titik; 1D, di mana hanya ada satu parameter (misalnya, karbon nanotube); 2D, di mana ada panjang dan lebar (misalnya, graphene); dan 3D, di mana ada panjang, tinggi, dan lebar. Misalnya, nanosheet graphene adalah contoh khas dari struktur nano 2D dengan ketebalan dalam kisaran skala nano. Secara teoritis, graphene lapisan tunggal memiliki ketebalan 0,345 nm (tebal satu atom) dan diameter hingga 500 nm. Berdasarkan komposisi kimianya, nanopartikel dan nanostructur material dapat dikategorikan menjadi empat jenis: material nano organik (mis., misel, dendrimer, polimersom, hidrogel, nanokonjugat), material nano anorganik (mis. nanomaterial berbasis (fullerenes, karbon nanofibers, berlian karbon nanotube, dan graphene), dan struktur nano komposit. Sintesis produk berukuran nano tradisional berkontribusi pada pertumbuhan ekonomi saat ini dan masa depan di banyak negara. Berdasarkan porositasnya, nanomaterial dapat diklasifikasikan menjadi porous dan non-porous material. Porous material memiliki struktur molekul yang kurang padat untuk memungkinkan aliran udara atau penyerapan atom, ion, dan molekul. Non-porous material lebih padat, tidak menyerap dengan baik, dan memungkinkan aliran udara terbatas. Nanomaterial mesoporous (atau super-nanoporous) adalah material nanoporous dengan pori-pori berdiameter 2-50 nm. Penelitian terbaru telah difokuskan pada nanomaterial mesoporous untuk memberikan agen terapeutik ke sel tumor dengan sedikit kebocoran obat ke dalam sel sehat. Porositas tinggi, fungsionalitas permukaan, dan ukuran pori kecil dari nanopartikel mesoporous memungkinkan pelepasan terkontrol dan pemuatan obat yang efisien di lokasi target.

Mempertimbangkan meningkatnya penggunaan nanomaterial selama beberapa dekade terakhir, kelompok kami meninjau aspek kunci dari berbagai jenis desain nanomaterial dan aplikasi yang muncul di bidang biomedis. Artikel ulasan ini membahas fitur unik dari nanomaterial yang dieksploitasi untuk aplikasi biomedis yang berbeda. Ini juga menyajikan tren terbaru tentang penggunaan nanomaterial untuk teknik biomedis, dengan penekanan khusus pada metode persiapan yang digunakan untuk merancang nanomaterial. Kemajuan nanomaterial di sektor biomedis dan kesehatan (bioimaging, rekayasa jaringan, pembalut luka, pengiriman obat, biosensor, industri makanan, dan pertanian) dibahas. Tinjauan tersebut berkaitan dengan berbagai variabel nanomaterial yang relevan, seperti muatan, konsentrasi, modifikasi permukaan partikel, dan ukuran, yang harus dipertimbangkan selama bioimaging sel hidup. Berbagai sistem pengiriman obat yang ditargetkan untuk mengobati penyakit kronis dijelaskan. Penggunaan nanomaterial untuk meningkatkan implan gigi juga dibahas, serta metode fabrikasi. Karena banyak artikel ulasan telah menggambarkan aplikasi biomedis nanomaterial, ulasan ini akan diperluas untuk membahas toksisitas, risiko, dan peraturan nanomaterial di sektor biomedis.

Gambar Ringkasan topik terbaru tentang nanopartikel dan nanostructur material dan aplikasinya dalam bioimaging, biosensing, penghantaran obat, rekayasa jaringan, antimikroba, dan sektor agro-pangan.