Listy czytelników

Nowatorskie mikrożele z UW

Gdy słyszymy „polimery”, zazwyczaj myślimy o plastiku. Tymczasem to znacznie szersza kategoria – bez polimerów nie byłoby papieru, wełnianych swetrów ani nawet życia, bo DNA też jest polimerem! W chemii polimer oznacza długi łańcuch powtarzających się elementów – jakby jedna cząsteczka została powielona setki, tysiące czy miliony razy i połączona w sznur. Polimery otaczają nas zewsząd, w naturze i w wytworach człowieka. Czasami otwierają drogę do przełomowych technologii – np. w medycynie. Dobrym przykładem są plastry nikotynowe. Cienki skrawek tworzywa dostarcza substancję psychoaktywną przez skórę prosto do krwiobiegu.

Nad mikrożelami polimerowymi naukowcy pracują od lat. Problem jednak tkwi w tym, jak nadać im odpowiednie właściwości. W największym skrócie: to mikroskopijne kuliste struktury zbudowane z sieci polimerowych. Mogą wchłaniać różne substancje, a następnie stopniowo je uwalniać. Zespół z Wydziału Chemii UW, kierowany przez dr. Kamila Marcisza, opracował mikrożel o cechach, które wyróżniają go na tle dotychczasowych rozwiązań. Jest niezwykle plastyczny – zmienia rozmiar i wraca do pierwotnej formy. Reaguje zarówno na temperaturę, jak i na sygnał elektryczny. Uwalnia zgromadzoną substancję w sposób kontrolowany, zależnie od warunków zewnętrznych. Składa się z kilku rodzajów polimerów połączonych w jedną sieć tworzącą mikrożel. Za jego plastyczność odpowiadają termoczułe mikrożele pNIPA – poli(N-izopropyloakryloamid) – oraz polimer przewodzący, a więc reagujący na sygnał elektryczny, PEDOT – czyli poli(3,4-etyleno-1,4-dioksytiofen). Całość osadzono na elektrodzie złotej, która rejestruje impulsy i pozwala sterować zachowaniem materiału. Aby mikrożel „wypełniać” substancją aktywną, np. lekiem, i następnie ją uwalniać, potrzebny był jeszcze specjalny łącznik – kwas akrylowy (związek chemiczny zawierający grupy karboksylowe). To on pełni funkcję nośnika substancji aktywnej. Dzięki takiej konstrukcji możliwa jest regulacja ilości uwalnianej substancji z matrycy mikrożelowej osadzonej na powierzchni elektrody poprzez przyłożenie odpowiedniego potencjału elektrochemicznego. Materiały opracowane na UW da się bardzo precyzyjnie kontrolować za pomocą bodźców elektrochemicznych. To już nie tylko powolne, stopniowe wydzielanie leku do organizmu, lecz regulowanie procesu na bieżąco. W praktyce oznacza to, że mikrożel uwalnia dokładnie taką dawkę substancji, jakiej pacjent potrzebuje w danym momencie.

Hydrożele, z którymi możemy się spotkać, mają zazwyczaj powyżej 1 mm. W przypadku mikrożeli mówimy o skali mikro, a więc o kulistej strukturze o średnicy od kilkuset nanometrów do kilkuset mikrometrów. Dzięki tym niemal niedostrzegalnym rozmiarom mikrożele wykonują zadania, których większe hydrożele nie mogą spełnić. „Hydrożelowe plastry dostępne w aptekach pełnią przede wszystkim funkcję ochronną i nawilżającą – łagodzą ból i przyspieszają gojenie ran. Mikrożele, nad którymi pracujemy, to materiały o znacznie bardziej zaawansowanych właściwościach. Reagują na bodźce zewnętrzne, takie jak temperatura czy sygnał elektryczny, dzięki czemu zmieniają rozmiary i w sposób kontrolowany uwalniają substancje aktywne” – zaznacza uczony.

Wyobraźmy sobie, że implant bada poziom glukozy u chorego na cukrzycę. Jeśli poziom rośnie, urządzenie wysyła impuls elektryczny do mikrożelu, a ten uwalnia dokładnie tyle insuliny, ile potrzeba, by przywrócić równowagę. W przypadku innych terapii mogłoby to działać podobnie: czujnik wykrywałby sygnał biologiczny, a mikrożel reagował, wypuszczając odpowiednią dawkę leku. To jednak dopiero początek możliwości. Mikrożele mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w medycynie czy farmacji. Ich zdolność do szybkiej zmiany objętości pod wpływem impulsu elektrycznego przypomina działanie naszych mięśni – kurczą się i rozluźniają zależnie od sygnałów nerwowych. Dzięki temu znalazłyby zastosowanie w robotyce czy protetyce: jako sztuczne mięśnie pozwalające protezom poruszać się bardziej naturalnie, a robotom wykonywać precyzyjne, płynne ruchy. W przemyśle elektroaktywne mikrożele mają szansę na zastosowanie w systemach oczyszczania środowiska, analizie wód pod kątem skażeń czy w przemyśle spożywczym – do wykrywania patogenów i toksyn.

Newsletter Serwisu Naukowego UW

Zapraszamy do pisania listów na adres e-mail: wiedzaizycie@wiz.pl