Ora, i ricercatori della Penn State hanno reso il materiale potenzialmente più utile conferendogli chiralità, o manualità, che potrebbe creare sensori avanzati e dispositivi medici impiantabili. La chiralità, indotta tramite un metodo mai utilizzato prima sul borofene, consente al materiale di interagire in modi unici con diverse unità biologiche come cellule e precursori proteici.

Il team, guidato da Dipanjan Pan, Dorothy Foehr Huck e J. Lloyd Huck Professore di Nanomedicina e professore di scienza e ingegneria dei materiali e di ingegneria nucleare, ha pubblicato il proprio lavoro, il primo del suo genere, hanno detto, su ACS Nano .

"Il borofene è un materiale molto interessante, poiché assomiglia molto al carbonio, compreso il peso atomico e la struttura elettronica, ma con proprietà più notevoli. I ricercatori stanno appena iniziando a esplorare le sue applicazioni", ha affermato Pan.

"Per quanto ne sappiamo, questo è il primo studio a comprendere le interazioni biologiche del borofene e il primo rapporto sull'impartizione della chiralità sulle strutture del borofene."

La chiralità si riferisce a una fisicità simile ma non identica, come la mano sinistra e quella destra. Nelle molecole, la chiralità può far sì che le unità biologiche o chimiche esistano in due versioni che non possono essere perfettamente abbinate, come in un guanto sinistro e destro. Possono rispecchiarsi perfettamente, ma un guanto sinistro non si adatterà mai alla mano destra così come si adatta alla mano sinistra.

Il borofene è strutturalmente polimorfico, il che significa che i suoi atomi di boro possono essere disposti in diverse configurazioni per conferirgli forme e proprietà diverse, proprio come lo stesso set di mattoncini Lego può essere costruito in strutture diverse. Ciò offre ai ricercatori la possibilità di "sintonizzare" il borofene per conferirgli varie proprietà, inclusa la chiralità.

"Poiché questo materiale ha un notevole potenziale come substrato per sensori impiantabili, volevamo conoscere il loro comportamento quando esposti alle cellule", ha detto Pan. "Il nostro studio, per la prima volta in assoluto, ha dimostrato che varie strutture polimorfiche del borofene interagiscono con le cellule in modo diverso e che i loro percorsi di internalizzazione cellulare sono dettati in modo univoco dalle loro strutture."

I ricercatori hanno sintetizzato le piastrine di borofene, simili ai frammenti cellulari presenti nel sangue, utilizzando la sintesi allo stato di soluzione, che prevede l'esposizione di una versione in polvere del materiale in un liquido a uno o più fattori esterni, come calore o pressione, fino a quando non si combinano nel prodotto desiderato.

"Abbiamo prodotto il borofene sottoponendo le polveri di boro a onde sonore ad alta energia e poi mescolando queste piastrine con diversi amminoacidi in un liquido per conferire la chiralità", ha detto Pan. "Durante questo processo, abbiamo notato che gli atomi di zolfo negli amminoacidi preferivano aderire al borofene più di quanto facessero gli atomi di azoto degli amminoacidi."

I ricercatori hanno scoperto che alcuni amminoacidi, come la cisteina, si legherebbero al borofene in posizioni distinte, a seconda della loro manualità chirale. I ricercatori hanno esposto le piastrine di borofene chiralizzate a cellule di mammifero in una piastra e hanno osservato che la loro manualità cambiava il modo in cui interagivano con le membrane cellulari e entravano nelle cellule.

Secondo Pan, questa scoperta potrebbe ispirare applicazioni future, come lo sviluppo di imaging medico ad alta risoluzione con contrasto in grado di monitorare con precisione le interazioni cellulari o una migliore somministrazione di farmaci con interazioni materiale-cellula individuate. È fondamentale, ha affermato, comprendere come il materiale interagisce con le cellule e controllare tali interazioni potrebbe un giorno portare a dispositivi medici impiantabili più sicuri ed efficaci.

"La struttura unica del borofene consente un efficace controllo magnetico ed elettronico", ha affermato Pan, sottolineando che il materiale potrebbe avere ulteriori applicazioni nel settore sanitario, nell'energia sostenibile e altro ancora. "Questo studio è stato solo l'inizio. Abbiamo diversi progetti in corso per sviluppare biosensori, sistemi di somministrazione di farmaci e applicazioni di imaging per il borofene."