Hiilinanomateriaalien toksisuus : Materiaalin geometrian vaikutus toksisuuteen ja bioyhteensopivuuteen

Abstract

Hiilipohjaisten nanomateriaalien kasvava käyttö erityisesti lääketieteellisissä sovelluksissa korostaa tarvetta ymmärtää niiden mahdollisia toksisia vaikutuksia sekä bioyhteensopivuutta. Vaikka hiilinanomateriaalit tarjoavat monipuolisia ominaisuuksia esimerkiksi lääkeaineiden kuljetukseen ja kudosrakenteiden tukemiseen, liittyy niiden käyttöön vielä epävarmuutta. Keskeisimpiä tekijöitä, joilla on todettu olevan vaikutusta toksisuuteen ja bioyhteensopivuuteen ovat materiaalin rakenne ja geometria. Tutkielmassa tarkastellaan, miten hiilinanomateriaalien geometriset ominaisuudet, kuten muoto, koko ja rakenne vaikuttavat niiden toksisuuteen biologisessa ympäristössä ja kuinka näitä ominaisuuksia voidaan hyödyntää bioyhteensopivuuden parantamiseksi. Työssä keskitytään neljään yleisimpään hiilinanomateriaaliryhmään: grafeeneihin, hiilinanoputkiin, fullereeneihin ja hiilinanokuituihin. Erityistä huomiota kiinnitetään materiaalien käyttäytymiseen solujen kanssa sekä niiden vaikutuksiin solujen elinkelpoisuuteen ja mahdollisiin solunsisäisiin vaurioihin. Tutkielman perusteella pienemmät partikkelit voivat olla toksisempia, koska ne pääsevät tunkeutumaan soluihin tehokkaammin. Toisaalta suuremmat partikkelit voivat aiheuttaa aggregaatteja. Geometrian lisäksi toksisuuteen vaikuttavat myös useat muut tekijät, kuten altistumisaika, annoskoko, materiaalin epäpuhtaudet sekä tutkimusten koeasetelmien rajoitteet. Keinoja, joilla bioyhteensopivuutta voidaan parantaa ovat esimerkiksi pintafunktionalisointi ja rakenteelliset muokkaukset. Tulevaisuudessa turvallisten hiilinanomateriaalien kehittäminen edellyttää tarkkaa materiaalikohtaista suunnittelua, kattavaa toksisuusarviointia sekä monitieteistä tutkimusyhteistyötä.