نیتریدبور و کاربرد آن در پزشکی

نیترید بور

Boron nitride

Boron-nitride

  در سال ۱۹۹۱، محققین سریعا شروع به جستجو برای پیدا کردن مواد دیگری کردند که دارای ساختار تیوبی شکل( لوله ای مانند) هستند. نیترید بور  (NB) یکی از این مواد بود و احتمال تولید نانو تیوب های نیترید بور در سال ۱۹۹۴ پیش بینی شد. سپس این مواد به طور موفقیت آمیز در سال ۱۹۹۵، سنتز شد. این کار در دانشگاه کالیفورنیا انجام شد. مشابه نانو تیوب های کربنی، این نانو تیوب ها نیز دارای ویژگی های مکانیکی فوق العاده ای هستند.

در این نوشته به بررسی ساختار نیترید بور خواهیم پرداخت و سپس به بعضی از خواص مکانیکی و شیمیایی این دسته از محصولات و روش های تولید آن می پردازیم.

نیترید بور  (NB) یکی از این مواد بود و احتمال تولید نانو تیوب های نیترید بور در سال ۱۹۹۴ پیش بینی شد. سپس این مواد به طور موفقیت آمیز در سال ۱۹۹۵، سنتز شد. این کار در دانشگاه کالیفورنیا انجام شد. مشابه نانو تیوب های کربنی، این نانو تیوب ها نیز دارای ویژگی های مکانیکی فوق العاده ای هستند.

علت این موضوع، ساختار لوله ای شکل و وجود پیوندهای مستحکم  SP2در دیواره ی این تیوب هاست. مدول الاستیک پیش بینی شده برای این مواد تقریبا برابر با ۸۵۰ GPa می باشد. این مقدار حدودا ۸۰ % مقدار مربوط به نانو تیوب های کربنی است. نتایج تجربی نشان داده است که مدول اندازه گیری در این مواد در گستره ی ۷۲۲ GPa تا ۱٫۲۲ TPa می باشد.

این مقدار با مقدار بدست آمده برای نانو تیوب های کربنی قابل مقایسه است. علاوه بر این ویژگی های مفید که مشابه با ویژگی های نانوتیوب های کربنی است، BNNT  ها دارای ویژگی های مفید دیگری نیز می باشند. این مواد از برخی موارد از نانو تیوب های کربنی نیز بهتر هستند. برای مثال، مطالعات تئوری پیش بینی نموده است که این   BNNT یک ماده ی عایق است و گاف انرژی الکتریکی آن حدودا ۵٫۵ EV است.

نانو تیوب های نیترید بور می تواند به عنوان صفحات هگزاگونالی از نیترید بور در نظر گرفته شود که از نقطه ای ثابت در ساختارشان، خم شده اند. این ساده ترین راه برای ساخت یک نانو تیوب است. بنابراین برای شروع بحث، بهتر از در مورد ساختار نیترید بور بالک صحبت کنیم. نیترید بور بالک در ساختار کریستالی خود دارای پلیمرف هایی است و حداقل ۴ شکل کریستالوگرافی مختلف دارد. جالب است که کربن بالک نیز دارای ۴ ساختار مشابه می باشد. این مسئله از این حقیقت ریشه می گیرد که نیترید بور و کربن مواد هم الکترون هستند. در واقع تعداد متوسط الکترون های والانس در اتم در این دو ماده یکسان است. به هر حال، در این بخش تنها نیترید بور هگزاگونال مورد بررسی قرار می گیرد زیرا اگاهی از ساختار لایه ای نیترید بور هگزاگونال یک مسئله کلیدی برای یادگیری ساختارهای BNNT است.

 

boron nitride structure
boron nitride structure

روش های تولید

  1. روش های سنتز نانو تیوب های نیترید بور
  2. روش تخلیه ی قوسی و ذوب قوسی
  3. روش بال میل کردن و آنیل متعاقب
  4. روش لیزر
  5. جانشینی نانو تیوب های کربنی
  6. روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار و سایر روش های حرارتی
  7. فرآیند رسوب دهی شیمیایی

 

کاربرد نیترید بور در مهندسی پزشکی

 

۱- درمان سرطان

درمــان با گیرانــدازی نوترون بور مشــهور به ، BNCT نوعی پرتودرمانی اســت کــه در آن از ایزوتوپ بور و نیز پرتوهای نوترون اســتفاده میگردد. خواص فیزیکی بور، استفاده از این عنصر را در BNCT امکانپذیر میکند. ایزوتوپ بور زمانی که در معرض پرتوهای نوترونی قرار گیرد، از هم شــکافته شده و به اتم لیتیوم، اتم هلیوم و انرژی پرتوهای گاما تبدیل میشــود .

اتم های هلیم و لیتیوم که درون ســلول سرطانی ایجاد شده اند، آن را از درون متلاشی خواهند کرد. کاربرد این روش در درمان برخی گونه های سرطان به ویژه سرطانهای مغز و سر و گردن است. مراکز معدودی صاحب این نوع فناوری نوین در فیزیک پزشــکی هســتند، و این روش هنوز در مرحله بررسی اســت و به صورت جامع وارد پرتودرمانی بالینی نشده است. متاسفانه این نوع درمان به دلیل قدرت تخریبی بالا، امکان آسیب رساندن به بقیه ی بافتهای مغز را دارد. اتمهای بور وقتی تحت تأثیر تابشهای پرانرژی قرار میگیرند، پرتوهای پرقدرت گاما تولید میکنند که دو یا سه برابر از تابش اولیه قدرتمندتر اســت. از نانولوله های بور نیترید که با آنتی بادی ایمونوگلوبین عاملدار شده اند، استفاده میشود تا نانولوله­ی بور نیترید به صورت هدفمند به سلول سرطانی برسد. وقتی نانولوله ی  بور نیترید در این نوع درمان دو نوع مزیت دارد:

  • هدف گیری سلول سرطانی و آسیب کمتر به بافت های سالم
  • احتیاج به اعمال تابش نوترونی با شدت کمتر و درنتیجه تخریب کمتر

بیشتر مولکولهایی که برای رساندن اتم بور به مغز استفاده میشــوند، حاوی یک یا دو اتم بور هستند. اما یک نانولوله ی بور نیترید حاوی صدها تا هزاران اتم بور است و میتواند مقدار زیادی اتم بور را یک جا در سلول سرطانی جمع کند.

۲- داربست های ارتوپدی

پلیمــر پلیلاکتید – پلیکاپرولاکتــون PLC که در تولید داربســتهای ارتوپدی برای درمان بیماریهای استخوان استفاده میشود را میتوان با نانولوله های بور نیترید تقویت کرد. دیده شــده که پلیمرهای تقویت شده ضریب الاستیسیته و مقاومت کششــی بیشتری نسبت به پلیمر بدون نانولوله ی بور نیترید دارند.

در یک بررســی ایــن نتیجه حاصل شــده که نانولوله های بور نیترید، برای استئوبلاستها نوع خاصی از سلولهای استخوان و ماکروفاژها سمی نیستند. کامپوزیت PLC-BNNT قابلیت زیستن استئوبلاســتها را در مقایســه با PLC افزایش میدهد. همچنین دیده شــده، نانولوله های بور نیترید باعث بیان بیشتر ژن Runx2 میشوند که عامل اصلی تنظیم تفکیک سلول های استئوبلاست است. این نتایج نشــان میدهد که نانولوله ی بور نیترید یک تقویت کننده مناســب در ســاخت داربست های ارتوپدیک است.

۳- زیست حسگرهایی از نانـولوله ی بور نیترید

کانال های یونی بیولوژیکی موجود در غشــای ســلول، نســبت به ورود بعضی گونه های یونی، گزینش پذیری دارند و بســیاری از عملکردهای ســلول را کنتــرل میکنند. شبیه ســازی های دینامیک مولکولی نشان میدهد؛ نانولوله های با قطر ۵-۴آنگســتروم که درون غشایی از جنس  ســیلیکون نیترید جاسازی شــده اند نسبت به نفوذ کاتیونهــا و آنیونها گزینش پذیری دارند و میتوانند عملکرد کانالهای یونی بیولوژیکی را تقلید کنند. از این قابلیت نانولوله های بور نیترید میتوان در تولید زیســت حسگرهای حساس، آنتی بیوتیکها و وســایل فیلتراسیون استفاده کرد، در پژوهش دیگری نیز مشخص شده که ساختن تراشــه هایی از جنس نانولوله های بور نیترید به عنوان زیست حســگر برای شناسایی ویروس ها بهخصــوص ویروس ایدز به واســطه ی خاصیت پیزوالکتریک توانایی تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و برعکس آنها امکانپذیر است.

 

۴-  نانولوله هــای بور نیتریــد در درمان بیماری های استخوان

همانطور که اشاره شد، نانولولههای بور نیترید دارای خاصیــت پیزوالکتریک هســتند. دلیل این خاصیت به از بین رفتــن پیوند هگزاگونال مسطح  B-N در اثر لوله شدن صفحه و همچنین نسبت ابعادی آنها بر میگردد. گروه تحقیقاتی
سیوفانی در یک تحقیق بر روی اثر نانولوله های بور نیترید بر ســلول های استئوبلاست، متوجه شدند که با اســتفاده از امواج فراصوت به عنوان فشار مکانیکی، نانولوله های بور نیترید باعث بیان برخی از ژنهای مفید استئوبلاستها و همچنین
تولید یونهای کلسیم به وسیله ی آنها میشود. نتایج این تحقیق نشان میدهد که نانولوله های بــور نیترید میتواند افق جدیــدی برای درمان بیماری های مربوط به استخوان باز کند.

 

منابع:

  H. Dumortier, S. Lacotte, G. Pastorin, R. Marega et al, Nano Lett., 6 2006

A.P. Suryavanshi, M.F. Yu, J. Wen, C. Tang, Y. Bando, Appl. Phys. Lett., 84 2004
rasekhoon.net

 

 

 

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *