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Carbon Nanotubes

for biomedical Applications

Lina Rustam

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Carbon Nanotubes for Biomedical Applications

Was sind Carbon Nanotubes?

• CNTs sind zu einer Röhre aufgerollte Graphitschichten und an den Enden mit halben Fullerenen verschlossen

• Kohlenstoffnanoröhrchen mit einem Durchmesser von bis zu wenigen Nanometern und mehreren Mikrometern Länge; mehrwandig oder einwandig Iijima S, Nature, 354 (1991) 56

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Mögliche Strukturen der CNTs

SWNT Bündel von SWNT MWNT

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Herstellungsprozess der CNTs

CVDArc Discharge

Laser Ablation

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Eigenschaften einzelner Nanotubes

• elektrische Eigenschaftenhohe Leitfähigkeit

hohe Stromdichten

• mechanische Eigenschaftenhohe Zugfestigkeit von bis zu 75 GPa

hohes E-Modul von bis zu 1TPa

• thermische Eigenschaftenhohe thermische Widerstandsfähigkeit (bis zu 2800°C)

sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (defektfrei bis zu 6000 W/mK)

• chemische Eigenschaftenhohe Reaktivität an den Endkappen durch Fünfecke in der Struktur

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Anwendungen

Für biomedizinische Anwendungen kommen in Frage

•Medizinische Werkzeuge & GeräteStrahlung in der Onkologie Sensoren

•BiopharmazeutikaMedikamententransportDNA-Transport

•ImplantateNanosensorenAktuatoren

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Medizinische Werkzeuge & Geräte

•Onkologie - Entstehung von RöntgenemissionElektronen werden bei RT erzeugtausgehender Strom kann überSpannung geregelt werden

•SensortechnikSensoren überprüfen physikalisch quantitative ÄnderungenCNTs als Druck, thermische-, Gas-, chemische- & biologische Sensorenz.B. anwendbar bei Verbrennungsopfern, Augenoperationen, Dialyse

•ProbenanalytikCNTs werden als Cantilever im AFM genutzt

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Implantate

• implantierbare Nanosensorenkleiner als microelectromechanical systems (MEMS)Sensoren werden im Körper implantiert und messen regelmäßig denBlutzuckergehalt. Anwendung findet dieses Verfahren bei jungen und altenDiabetikern Sensoren für die Überwachung des Puls & der Herzaktivität (Regulierung)

• AktuatorenAktoren (Wandler) setzen elektronischeSignale in mechanische Bewegung oderandere physikalische Größen um.

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Pharmazeutika

• wichtigste Charakteristikum für Medikamententransport:kontrollierte Abgabe am Zielortkeine Zersetzung während des Transports, sondern erst am ZielortKapsel sollte mit Medikament kompatibel sein & einfach einzubinden sein

• CNTs eignen sich für Transportäußere Schale wird funktionalisiert & CNTs gelangen durch Zellmembraninnere Schale wird mit Medikament gefüllt innere & äußere Schalen werden unterschiedlich funktionalisiert

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Kovalente Funktionalisierung

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DNA-Transport

• DNA kann durch extrem schnell wechselwirkenden Prozess in CNTseingebracht werden und dient als Gentransport

• Durch Funktionalisierung werden CNTs wasserlöslich und können mitAminosäuren & bioaktiven Peptiden reagieren

• Basis für KrebsbehandlungTräger erreicht kranke ZellenEnzyme werden abgegeben um den Krebs selbst zu zerstören oder zureparierenAnwendung für Therapie gegen Gehirntumor, wenn die Blut-Hirn-Barriereüberwunden werden kann

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DNA-Transport

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Hyperthermie

• CNTs eignen sich für Hyperthermie-Therapien für die Zerstörung von Krebs

• Durch Absorbtion von IR-Strahlung wird an den Stellen, wo CNTs induziertworden, das Gewebe erhitzt.

• übriges Gewebe in der Region ist transparent für Strahlung

• Möglich aufgrund von Komplexbildung der SWNTs mit Phospholipiden, Oligonucleotiden und enthaltener Folsäure, die auf Folat enthalteneKrebszellen gelangen

• Laser bestrahlt die Zonen, SWNTs heizen sich auf und zerstören die Krebszellen

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