Nitruro de boro: o gardián silencioso da saúde

A nanotecnoloxía é un campo que implica a manipulación de materiais a nanoescala, incluíndo os principios científicos empregados neste proceso e as novas propiedades dos materiais e perspectivas de desenvolvemento descubertas a esta escala. A nanotecnoloxía aplicouse a varios aspectos da medicina, incluíndo a administración de fármacos, o diagnóstico e tratamento de tumores, a imaxe e os axentes antibacterianos. Os cambios na escala dos nanomateriais poden levar a variacións significativas nas súas propiedades físicas e químicas superficiais. Nos últimos anos, co avance da nanotecnoloxía, o nitruro de boro (BN) cunha estrutura grafítica xurdiu como un material médico innovador, demostrando aplicacións potenciais en propiedades anticanceríxenas, efectos antibacterianos e como vehículo de fármacos.

1.Nitruro de boro nanomateriais

O nitruro de boro é un cristal molecular en capas composto por boro do grupo III e nitróxeno do grupo V, que presenta unha estrutura de rede hexagonal regular. Dentro das capas do cristal molecular, os átomos de boro e nitróxeno están unidos por enlaces de coordinación, que son moi fortes, o que resulta nunha combinación axustada de átomos de B e N dentro das capas. As conexións entre capas realízanse mediante enlaces de van der Waals, que son máis débiles, o que facilita que as capas se desprendan unhas das outras. En función dos diferentes tipos de cristais, a estrutura cristalina do nitruro de boro pódese clasificar en catro categorías: nitruro de boro hexagonal (h-BN), nitruro de boro cúbico (c-BN), nitruro de boro wurtzita (w-BN) e nitruro de boro romboédrico (r-BN), entre os cales o nitruro de boro hexagonal (h-BN) ten as aplicacións máis amplas. O nitruro de boro hexagonal (h-BN), como material inorgánico moi importante, posúe unha estrutura similar á do grafito e aparece como un po branco, polo que tamén se denomina "grafito branco". O h-BN de tamaño nanométrico pode encapsularse para formar nanopartículas de nitruro de boro de cero dimensións (BNNP), coalescer para formar nanotubos de nitruro de boro unidimensionais (BNNT) e exfoliarse para crear nanocapas de nitruro de boro bidimensionais (BNN). nanocintas de nitruro de boro (BNNRs). Cada unha destas nanoestruturas presenta propiedades superiores únicas, como unha alta superficie específica, unha gran enerxía de banda prohibida, unha baixa constante dieléctrica, unha excelente estabilidade térmica, estabilidade química e unha biocompatibilidade excepcional.

2. Propiedades do nitruro de boro

En varios tipos de cristais de nitruro de boro, os investigadores centráronse predominantemente no h-BN e no c-BN debido ás súas propiedades superiores.

A estrutura en capas e os parámetros da rede do h-BN son similares aos do grafito. Os átomos de nitróxeno e boro dentro de cada capa mantéñense unidos por fortes enlaces covalentes sp2 e interaccións dipolares, o que resulta nun alto punto de fusión para o h-BN, xunto con excelentes capacidades refractarias e a alta temperatura. Pola contra, a unión entre capas no h-BN vese facilitada por forzas de van der Waals máis débiles, o que permite un deslizamento sinxelo entre as capas, o que o fai axeitado para o seu uso como material lubricante. Ademais, o h-BN posúe unha banda prohibida de ata 5,97 eV, o que proporciona propiedades illantes excepcionais mesmo a temperaturas elevadas. En resumo, as principais características do h-BN inclúen un alto punto de fusión, alta condutividade térmica, boas propiedades lubricantes, alta resistencia mecánica, boa estabilidade química, excelente rendemento dieléctrico e boa biocompatibilidade. Non obstante, a dispersión do h-BN en auga é deficiente; polo tanto, a funcionalización dos materiais de h-BN para mellorar a súa dispersión será beneficiosa para futuras aplicacións no Biomédica campo.

O c-BN presenta unha estrutura de esfalerita e pertence ao sistema cristalino cúbico de caras centradas, o que o converte nun novo tipo de material superduro cunha estrutura similar á do diamante. O c-BN presenta unha condutividade térmica, estabilidade térmica e estabilidade química extremadamente altas, entre outras propiedades. En 2009, os estudosos identificaron por primeira vez o c-BN natural na natureza, chamándoo chaozhuita, pero os monocristais de c-BN que se usan industrialmente hoxe en día aínda se sintetizan artificialmente, usando h-BN como precursor a alta temperatura e presión.

3. Nitruro de boro no campo biomédico

O BN presenta unha boa biocompatibilidade tanto in vitro como in vivo, posuíndo propiedades comparables ou incluso superiores ás dos materiais baseados en grafeno en aplicacións biolóxicas. Pode utilizarse en varios campos como aplicacións antibacterianas, administración de fármacos, axentes de administración de boro, enxeñaría de tecidos e imaxe in vivo.

• Antibacteriano: Recentemente, estudos descubriron que as nanocapas de nitruro de boro presentan propiedades antibacterianas eficaces contra as bacterias resistentes aos antibióticos (AMR), demostrando unha boa biocompatibilidade sen causar resistencia secundaria durante o uso a longo prazo. Kivanc et al. investigaron a actividade antibacteriana e antibiopelícula das nanopartículas de h-BN contra Streptococcus thermophilus 3.3, Staphylococcus pasteuri M3, Candida sp. M25 e Streptococcus thermophilus ATCC 25175. A toxicidade das nanopartículas de h-BN en fibroblastos de pel humana normal e células renais caninas de Madin-Darby avaliouse mediante ensaios MTT, SRB e Pico Green para medir a viabilidade celular. Os experimentos indicaron que as nanopartículas de h-BN teñen un efecto inhibitorio significativo sobre o crecemento bacteriano.
• Administración de fármacos: o h-BN tamén se considera un vehículo de fármacos moi prometedor. Cheng et al. sintetizaron nanocapas hexagonais de nitruro de boro (BNNS) a granel utilizando un método de molde de sal, o que inhibiu eficazmente a proliferación do cancro de mama tanto en experimentos in vivo como in vitro, o que indica o potencial dos BNNS nas aplicacións de administración de fármacos. A investigación demostrou que, utilizando BN esférico como vehículo, o péptido natriurético cerebral cargado de ácido desoxirribonucleico penetra nas células tumorais IAR-6-1 a través da endocitose, liberando posteriormente DOX no citoplasma e no núcleo, dirixíndose e matando así especificamente as células cancerosas.
• Enxeñaría de tecidos: no campo dos materiais dentais, Lee et al. prepararon BNN mediante moenda de bolas de alta enerxía e dispersáronos nun Circonia matriz, seguido de sinterización por plasma para consolidar o po composto. A circona coa adición de BNNs demostrou un aumento da resistencia de ata o 27,3 % e unha mellora da tenacidade á fractura do 37,5 %, ao tempo que inhibe a degradación da matriz de circona en ambientes húmidos, o que demostra o valor potencial dos BNN como materiais de reforzo para aplicacións dentais. Degrazia et al. descubriron que a adición do 0,15 % en peso de BNNs melloraba as propiedades químicas e mecánicas das resinas compostas dentais e promovía a deposición mineral, contribuíndo á prolongación da vida útil das restauracións dentais.
• Axente de administración de boro: os nanomateriais de nitruro de boro, debido ao seu alto contido en boro e baixa citotoxicidade, poden servir como axentes de administración de boro para a terapia de captura de neutróns de boro (BNCT). A BNCT é un novo método de radioterapia específico que se dirixe ás células cancerosas e matalas sen danar as células normais. Demostrouse que os nanotubos de nitruro de boro modificados con polietilenglicol actúan como axentes de administración de boro para a BNCT, sendo a acumulación de boro nas células de melanoma B16 aproximadamente tres veces maior que a do axente de administración de boro de segunda xeración BSH (tiosulfato de borano sódico). Os nanotubos de nitruro de boro modificados con poli-L-lisina e ácido fólico son absorbidos selectivamente polas células de glioblastoma polimórficas despois do acoplamento con puntos cuánticos fluorescentes, servindo así como axentes de administración de boro para a BNCT e permitindo o seguimento do comportamento intracelular dos fármacos. Tamén se informou de que as nanosferas de nitruro de boro serven como reserva de boro de alta calidade para o tratamento do cancro de próstata, onde se pode liberar de forma sostible boro cristalino controlable, reducindo así a viabilidade das células do cancro de próstata e inducindo a apoptose. Os modelos tumorais in situ confirmaron a eficacia anticanceríxena in vivo das esferas ocas de nitruro de boro.

Resumo

O nitruro de boro é un excelente material inorgánico non metálico que pode existir en catro estruturas cristalinas diferentes, das cales as máis comúns son o h-BN e o c-BN. Nos últimos anos, os materiais con h-BN chamaron gradualmente a atención como análogos estruturais do grafeno, debido á súa biocompatibilidade superior e á súa maior estabilidade química, o que suxire que o h-BN ten o potencial de substituír as nanoestruturas de carbono en aplicacións biomédicas. Debido á súa estrutura e propiedades únicas, o BN ten unha gama moi ampla de aplicacións. Non obstante, a investigación sobre o BN no campo da biomedicina aínda está nos seus inicios e merece unha maior exploración.