In più acido, ambienti a pH basso, i nanofogli si appiattiscono. In modo più elementare, ambienti ad alto pH, i nanofogli rotolano in rotoli stretti. A seconda del morphing della forma del nanosheet, la luce del vicino infrarosso colpisce la forma in modo diverso, deviando un segnale luminoso diverso dove Kim può misurarlo. Per di qua, Kim può rilevare le posizioni dei nanofogli, la loro forma, e quindi, pH in diverse posizioni all'interno del corpo e dell'ambiente.
Le nanoparticelle hanno il potenziale per rivoluzionare l'industria medica, ma devono possedere alcune proprietà critiche. Primo, devono mirare a una regione specifica, in modo che non si disperdano in tutto il corpo. Richiedono anche una sorta di metodo di rilevamento, in modo che medici e ricercatori possano tracciare le particelle. Finalmente, hanno bisogno di svolgere la loro funzione al momento giusto, idealmente in risposta a uno stimolo.
La Nanoparticles by Design Unit dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University sta cercando di sviluppare nuove particelle con proprietà senza precedenti che soddisfino ancora questi requisiti. Recentemente, Il Dr. Jeong-Hwan Kim ha fatto un passo avanti quando ha sperimentato un nuovo tipo di nanomateriale:il nanosheet. Nello specifico, ha progettato un forte, stabile, e materiale 2-D intelligente tracciabile otticamente che risponde al pH, o l'acidità o la basicità dell'ambiente circostante. L'American Chemical Society ha pubblicato le sue scoperte il 12 agosto, 2014, nel loro diario, Materiali applicati e interfacce .
I nanosheet sono insoliti tra le nanotecnologie perché non sono esattamente conformi alla nanoscala. I fogli che Kim ha prodotto sono spessi pochi nanometri, abbastanza sottile da guadagnare il prefisso "nano". Ma la loro lunghezza e larghezza possono essere misurate in micron, a volte con superfici misurabili in centimetri; molto più grande delle tipiche nanostrutture. La struttura dei nanofogli dà loro la capacità di cambiare forma, da una superficie piana a una pergamena. Sfortunatamente, la maggior parte dei nanofogli si arrotola e si srotola spontaneamente. Se i ricercatori possono progettare un nanofoglio per cambiare forma in risposta a uno stimolo, possono usarlo per una serie di nuove applicazioni.
Kim ha provato ad aggiungere diversi polimeri ai suoi nanosheet per renderli reattivi. Per questo esperimento, ha incorporato un polimero relativamente semplice che risponde al pH. Ha scoperto che il nanofoglio risultante si arricciava sempre in base, condizioni di pH elevato, e appiattire sempre in acido, condizioni di pH basso. Kim ha anche reso i suoi nanosheet sensibili alla luce del vicino infrarosso, una lunghezza d'onda della luce innocua per l'uomo. A seconda della forma del nanofoglio, la radiazione nel vicino infrarosso rimbalza con una lunghezza d'onda diversa. In questo modo, Kim può tracciare in modo non invasivo i nanofogli, anche se non li vede. Utilizzando queste proprietà ottiche per caratterizzare i nanosheet, Kim ha determinato che poteva approssimare il pH.
Kim immagina che gli ingegneri biomedici avvolgano i farmaci all'interno di nanofogli a scorrimento in modo che quando il foglio si srotola, rilascia la medicina. Nanofogli sensibili al PH, Per esempio, potrebbe rivelarsi utile per colpire diverse parti del tratto digestivo umano, che cambia il pH tra lo stomaco acido e l'intestino basico. Eppure questo è solo l'inizio; creare un nanosheet reattivo è solo questione di aggiungere il polimero giusto. "Un nanofoglio è come l'impasto della pizza, " disse Kim. "Qualunque cosa ti piaccia metterci sopra, un condimento, due condimenti, qualsiasi cosa, puoi." Un nanofoglio con un polimero sensibile al calore potrebbe bruciare i tumori circostanti per distruggerli, funzionando come una sorta di chemioterapia super-specifica. "È facile portare i nanofogli alle cellule cancerose, " spiega Kim. Mirare a tessuti specifici è semplicemente una questione di aggiungere il biomarcatore appropriato, in modo che il corpo invii il nanofoglio al suo posto.
"Il vantaggio del rotolamento significa che questo nanofoglio può intrappolare molti marcatori o farmaci in modo sicuro all'interno del corpo, " disse Kim. Incapsulando una sostanza pericolosa, come un farmaco contro il cancro, in un nanofoglio, i medici possono attaccare parti del corpo molto specifiche. Ciò ridurrebbe la quantità di farmaco necessaria e ridurrebbe al minimo gli effetti collaterali. "Ci sono tonnellate di polimeri e metalli intelligenti, "Kim ha detto, spiegando le molte proprietà che spera di incorporare nella nanotecnologia. "Questa nuova struttura è composita, il che significa che ci permette di mescolare tutti i diversi tipi di componenti." Ora, Kim ha solo bisogno di costruire il nanofoglio giusto per ogni scopo.
