En más ácido, entornos de pH bajo, las nanohojas se aplanan. En más básico, entornos de pH alto, las nanohojas se enrollan en pergaminos ajustados. Dependiendo de la transformación de la forma de la nanohoja, la luz del infrarrojo cercano incide en la forma de manera diferente, desviando una señal de luz diferente a donde Kim pueda medirla. De esta manera, Kim puede detectar la ubicación de las nanohojas, su forma, y por lo tanto, pH en diferentes lugares dentro del cuerpo y el medio ambiente.
Las nanopartículas tienen el potencial de revolucionar la industria médica, pero deben poseer algunas propiedades críticas. Primero, necesitan apuntar a una región específica, para que no se esparzan por todo el cuerpo. También requieren algún tipo de método de detección, para que los médicos e investigadores puedan rastrear las partículas. Finalmente, necesitan realizar su función en el momento adecuado, idealmente en respuesta a un estímulo.
La Unidad de Nanopartículas por Diseño de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa está tratando de desarrollar nuevas partículas con propiedades sin precedentes que aún cumplan con estos requisitos. Recientemente, El Dr. Jeong-Hwan Kim dio un paso adelante cuando experimentó con un nuevo tipo de nanomaterial:la nanohoja. Específicamente, diseñó un fuerte, estable, y material 2-D inteligente con trazabilidad óptica que responde al pH, o la acidez o basicidad de su entorno circundante. La American Chemical Society publicó sus hallazgos el 12 de agosto 2014, en su diario, Materiales e interfaces aplicados .
Las nanohojas son inusuales entre la nanotecnología porque no se ajustan exactamente a la nanoescala. Las hojas que produjo Kim tienen solo unos nanómetros de grosor, lo suficientemente delgado como para ganar el prefijo "nano". Pero su largo y ancho se pueden medir en micrones, a veces con superficies que se pueden medir en centímetros; mucho más grande que las nanoestructuras típicas. La estructura de las nanohojas les da la capacidad de cambiar de forma, de una superficie plana a un pergamino. Desafortunadamente, la mayoría de las nanohojas se enrollan y desenrollan espontáneamente. Si los investigadores pueden diseñar una nanoplaca para cambiar de forma en respuesta a un estímulo, pueden usarlo para una serie de aplicaciones nuevas.
Kim intentó agregar diferentes polímeros a sus nanohojas para que respondieran. Para este experimento, incorporó un polímero relativamente simple que responde al pH. Descubrió que la nanohoja resultante siempre se curvaría en básico, condiciones de pH alto, y siempre aplanar en ácido, condiciones de pH bajo. Kim también hizo que sus nanohojas respondieran a la luz del infrarrojo cercano, una longitud de onda de luz que es inofensiva para los humanos. Dependiendo de la forma de la nanohoja, la radiación del infrarrojo cercano rebota con una longitud de onda diferente. De este modo, Kim puede realizar un seguimiento no invasivo de las nanohojas, aunque no pueda verlos. Usando estas propiedades ópticas para caracterizar las nanohojas, Kim determinó que podía aproximarse al pH.
Kim imagina que los ingenieros biomédicos envuelven medicamentos dentro de nanohojas enrolladas para que cuando la hoja se desenrolle, libera la medicina. Nanohojas sensibles al pH, por ejemplo, podría resultar útil para atacar diferentes partes del tracto digestivo humano, que cambia el pH entre el estómago ácido y los intestinos básicos. Sin embargo, esto es solo el comienzo; La creación de una nanohoja receptiva es solo una cuestión de agregar el polímero correcto. "Una nanohoja es como masa de pizza, ", Dijo Kim." Lo que sea que le guste poner, un aderezo, dos coberturas, cualquier cosa, usted puede ". Una nanolámina con un polímero sensible al calor podría quemar los tumores circundantes para destruirlos, funcionando como una especie de quimioterapia súper específica. "Es fácil llevar las nanohojas a las células cancerosas, "explica Kim. Apuntar a tejidos específicos es simplemente una cuestión de agregar el biomarcador apropiado, para que el cuerpo envíe la nanohoja a donde pertenece.
"La ventaja de rodar significa que esta nanohoja puede atrapar muchos marcadores o medicamentos de forma segura dentro del cuerpo, ", dijo Kim. Al encapsular una sustancia peligrosa, como un medicamento para el tratamiento del cáncer, en una nanohoja, los médicos pueden atacar partes muy específicas del cuerpo. Esto disminuiría la cantidad de fármaco necesaria y minimizaría los efectos secundarios. "Hay toneladas de polímeros y metales inteligentes, "Kim dijo, explicando las muchas propiedades que espera incorporar a la nanotecnología. "Esta nueva estructura es compuesta, lo que significa que nos permite mezclar todo tipo de componentes ". Ahora, Kim solo necesita construir la nanohoja adecuada para cada propósito.
