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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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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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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