Энциклопедический словарь нанотехнологий - биомиметические наноматериалы

Термин на английском

biomimetic nanomaterialsСинонимы

биомиметики, biomimeticsАббревиатуры

Связанные термины

белки, биодеградируемые полимеры, биоинженерия, биомиметика, биосовместимость, биосовместимые покрытия, гибридные материалы, ДНК, искусственный фотосинтез, наноматериал, наноструктура, неорганические нанотрубки , тканевая инженерияОпределение

Искусственные наноматериалы, имитирующие свойства биоматериалов или созданные на основе принципов, реализованных в живой природеОписание

Многие биомолекулы обладают свойством самосборки в регулярные структуры, например, сократительный белок актин полимеризуется в филаменты толщиной 7 нм, а белок тубулин -  в микротрубочки диаметром 25 нм. Использование принципа самосборки и самих биоструктур в качестве матриц позволяет создавать нанопроводники и нанотрубки путем осаждения на биополимеры монослоев металлов. Принцип комплементарности, лежащий в основе сборки молекул ДНК, используется в ДНК-конструировании новых наноматериалов. 

Знания о структуре и функциях биологических молекул дают возможность синтезировать гибридные молекулы, включающие в себя пептиды, липиды, органические полимеры, и создавать биомиметические нановолокна, бионеорганические композиты и нанопористые покрытия для тканевой реконструктивной инженерии.

В последнее время активно развиваются технологии биомиметического получения наночастиц. Например, белок ферритин, выполняющий функцию переносчика и депо железа в организме, формирует наноклетки с диаметром внутреннего пространства 8 нм. В них удается получать  магнитные наночастицы оксида железа и кобальта размером около 6 нм. Другие подходы используют «выращивание» наночастиц заданного размера в бактериях или в биомассе растений (овса, пшеницы, люцерны). К этим биообъектам добавляются соли металлов, которые восстанавливаются в процессе биокатализа до металлов и формируют наночастицы. Описаны методы получения металлических наночастиц в живых растениях, в воду для которых добавляют соли металлов. Наночастицы образуются в стеблях и других частях растений и могут быть выделены оттуда путем экстракции. Размер формирующихся наночастиц задается белками, участвующими в восстановительных реакциях. В ряде случаев установлены пептидные последовательности, ответственные за катализ, что позволило использовать их в виде кольцевых пептидов для формирования наночастиц in vitro. Наночастицы возможно формировать и с помощью вирусных оболочек – капсидов. Белки вирусного капсида собираются в геометрически правильные пространственные структуры с полостью внутри, куда упаковывается геном вируса. Калиброванные металлические наночастицы и нанокомпозиты высокой степени упорядоченности, можно собирать как внутри капсида, так и на его поверхности. Биомиметический синтез наночастиц имеет ряд преимуществ: он проходит в более мягких условиях, чем получение наночастиц физико-химическими методами. В масштабах промышленного производства наночастиц это позволит снизить негативное воздействие на окружающую среду.

• Ширинский Владимир Павлович, д.б.н.

Разделы

Биомиметические наноматериалы

Контроль и тестирование биосовместимости и безопасности наноматериалов

Просвечивающая электронная микроскопия, в том числе высокого разрешения

Сканирующая электронная микроскопия

Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.

Формирование наноматериалов с использованием биологических систем и/или методов

Иммобилизация мицелл и биологических нанообъектов

Методы, основанные на специфических взаимодействиях биологических молекул

Наномедицина и диагностика

Безопасность наноматериалов и нанотехнологий

Нанотехнологии и наноматериалы в медицине (диагностика, системы доставки лекарств, эксипиенты, восстановление тканей и органов, другое)

Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства

Органические и полимерные наноматериалы и волокна

Объемные конструкционные и функциональные наноструктурированные материалы и покрытия (металлы и сплавы, керамика, цементы, композиты и гибриды)

Молекулярная электроника и устройства на ее основе

Методы сертификации и контроля наноматериалов и диагностики их функциональных свойств

Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов

Методы формирования наноматериалов

Управляемые методы формирования наноструктур

Методы нанесения элементов наноструктур и наноматериалов

Бионаноматериалы и биофункционализированные наноматериалы

Элементы или наборы элементов, контролируемо модифицированные функциональными молекулами, мицеллами или биологическими объектами субмикронных размеров

Упорядоченные ансамбли (многослойные и многополосные структуры и сетки) одинаковых твердых элементов на подложках

Нанотрубки и нанопроволоки

Нанокристаллы и наночастицы (в том числе квантовые точки)

Наноматериалы

Наноструктуры

Искусственные (синтетические) низкоразмерные объекты

Продукты нанотехнологий

Получение, диагностика и сертификация наноразмерных систем

Объекты, относящиеся к сфере нанотехнологий

Технология

Наука