Nanodiamonds for drug delivery and other biomedical applications

 4th International Conference Nanobiophysics: Fundamental and Applied Aspects, 1-4 October 2015, Kyiv, Ukraine

 Nanodiamonds for drug delivery and other biomedical applications

O. Gogotsi1, Y. Gogotsi2, V. Mochalin2,  Y. Zozulya1, B. Malinovskiy1, V. Zahorodna1, I. Uvarova3, H. Gogotsi3,

1 Materials Research Centre, 3 Akademika Krzhyzhanovs'koho St, Kyiv 03680, Ukraine, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
2 A. J. Drexel Nanomaterials Institute, and Department of Materials Science and Engineering, Drexel University, Philadelphia, PA 19104, USA, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
 3 Frantsevich Institute for Problems of Materials Science of NASU, 3 Akademika Krzhyzhanovs'koho St, Kyiv 03680, Ukraine, E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Abstract

     Carbon nanomaterials hold tremendous potential in addressing the two major issues faced by our society: providing energy and improving healthcare. Nanodiamond powder produced by detonation synthesis is one of the most promising carbon nanomaterials for drug delivery and theranostics [1], [2]. Diamond particles have a ~4-5 nm stable core and a large surface area with tailorable surface chemistry. Nanodiamonds have unique optical, mechanical and thermal properties. These properties have recently started to attract much interest for different biomedical applications [3]. Rich surface chemistry, nontoxicity and good biocompatibility of diamond nanoparticles make them attractive in biomaterial applications [4].
      The development of new methods for obtaining free nanodiamond particles opens up new possibility for targeted drug-delivery systems that overcome cell membranes, various biological markers, systems intended for determination of the concentration of bioactive agents in living organisms, and others applications [5]. For tissue engineering scaffolds, the non-toxic fluorescent nanodiamond introduced into biodegradable polymers provides increased strength, visual monitoring, and enhanced biomineralization [6].
Nanodiamond (ND) particles are increasingly being utilized as diagnostic, imaging, and therapeutic agents in biomedicine [7]. In the area of biomedical imaging and diagnostics, luminescent nanodiamond with NV centers, as well as chemically modified fluorescent nanodiamond, hold tremendous potential to replace toxic semiconductor quantum dots, thus bringing this exciting potential application one step closer to the clinics [8]. Before nanodiamonds could be applied, they have to undergo multistage purification, characterization and surface modification. Various approaches of surface modification and functionalization of nanodiamond allow to enhance and control drug adsorption for prolongation of drug action and chemical binding of the drugs for sustained drug release for their further use as a drug delivery platform. As for drug delivery, this study mainly focuses on adsorption of antibiotics that will be discussed in detail. We demonstrate results of physical−chemical study of the adsorption of doxorubicin, polymyxin B and rifampicin on nanodiamonds.

References:
 [1]. V. Mochalin, O. Shenderova, D. Ho, Y. Gogotsi The Properties and Applications of Nanodiamonds (Review), Nature Nanotechnology, 7 (1), p.11-23 (2012)
[2]. V. Mochalin, A. Pentecost, X.-M. Li, I. Neitzel, M. Nelson, C. Wei, T. He, F. Guo, Y. Gogotsi Adsorption of Drugs on Nanodiamond: Toward Development of a Drug Delivery Platform, Molecular Pharmaceutics, 10 (10), p.3728-3735 (2013)
[3]. O. Shenderova, D. Gruen, ed. Detonation Nanodiamonds: Science and Applications (2nd Edition), CRC Press (2014)
[4]. Q. Zhang, V. Mochalin, I. Neitzel, I. Knoke, J. Han, C. Klug, J. Zhou, P. Lelkes, Y. Gogotsi, Fluorescent PLLA-nanodiamond composites for bone tissue engineering, Biomaterials, 32 (1), p. 87-94 (2011)
[5]. A. Schrand, S. Hens, O. Shenderova Nanodiamond particles: properties and perspectives for bioapplications, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 34(1–2), p. 18–74 (2009)
[6]. Q. Zhang, V. Mochalin, I. Neitzel, K. Hazeli, J. Niu, A. Kontsos, J. G. Zhou, P. I. Lelkes, Y. Gogotsi Multifunctional Nanodiamond-PLLA Scaffolds for Bone Tissue Engineering: Enhanced Mechanical Strength and Biomineralization, Biomaterials, 33 (20), p.5067-5075 (2012)
[7]. V. Vaijayanthimala, D. Lee, S. Kim, A. Yen, D. Tsai, H.-C. Chang, O. Shenderova Nanodiamond-mediated drug delivery and imaging: challenges and opportunities, Expert Opinion on Drug Delivery 12 (6), p. 1-15 (2014)
[8]. G. Balasubramanian, A. Lazariev, S. R. Arumugam, et al. Nitrogen-Vacancy color center in diamond-emerging nanoscale applications in bioimaging and biosensing. Current Opinion in Chemical Biology 20, p. 69-77 (2014)

Download PDF version of Nanodiamonds for drug delivery and other biomedical applications 

Here you can find Book of Abstract of the Conference NBP 2015

 

НОВОСТИ НАУКИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Интервью профессора Юрия Гогоци о его исследованиях, разработках, поисках вдохновения, финансирования и контактов в научном мире

Профессор Юрий Гогоци, директор Института наноматериалов имени А. Дж. Дрекселя, Университет ДрекселяПрофессор Юрий Гогоци - самый цитируемый ученый украинского происхождения и один из самых высоко цитируемых ученых в мире. Например, по данным Microsoft Academic за период последние 5 лет в области материаловедения (Materials science) он занимает второе место в мире по цитируемости его работ, по уровню h-index - четвертое. Также и другие наукометрические системы присваивают ему высочайшие рейтинги в мире (Web of Science, Scopus, Google Analytics). Он открыл новые материалы - Максены, которые, возможно, изменят мир. Юрий работал в Германии, Японии, Норвегии и, наконец, остановился в США, в Университете Дрекселя. Публикуем перевод интервью профессора Юрия Гогоци Журналу "Куншт" о его разработках, поисках вдохновения, финансирования и контактов в научном мире.

 
Масштабируемая система c реактором травления для производства перспективных 2D наноматериалов максенов MXenes

alt

Недавно группа исследователей опубликовала статью в журнале Advanced Engineering Materials о том, что лабораторная система с реактором травления, разработанная в Materials Research Centre в Киеве совместно с Университетом дрекселя, может превращать керамический материал-исходник в порошкообразный черный двумерный карбид титана MXene партиями в количестве до 50 граммов за синтез.

 
Участник проекта CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетил партнерскую организацию Вильнюсский университет, Вильнюс, Литва, 22.02-14.03.2020 г

altУчастник проекта CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), выполнил визит в партнерскую организацию Вильнюсский университет, для выполнения программы совместных исследований и тренингов.

 
Наука будущего и использование разумных наноматериалов в новых технологиях. Лекция профессора Юрия Гогоци для школьников, воспитанников Малой академии наук Украины в КПИ им. Сикорского, 27 февраля 2020 года

altВсемирно известный ученый-украинец профессор Юрий Георгиевич Гогоци рассказал о последних новинках нанотехнологий. Возможность для общения с ученым мирового уровня - редкость, но воспитанникам Малой Академии Наук Украины (МАН) везет. Именно такую ​​возможность они недавно получили.

 
Участник проекта H2020 NANO2DAY от MRC Иван Гришко посетил партнерскую организацию Латвийского Университета, Риги, в ноябре-декабре 2019 года

altИнженер-исследователь из MRC Иван Гришко находится в Латвийском университете, где провел семинар по MXenes

 
Участники проекта Horizon 2020 CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетили партнеров по проекту из Университета им. Адама Мицкевича в Познани, Польша, 27.10-26.11.2019019

altСовместно с польскими коллегами они  получали навыки работы с оборудованием, участвовали в работе по тестированию и характеризации наноматериалов.

 
Участники проекта Horizon 2020 NANO2DAY из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, Зозуля Юлия и Виталий Балицкий посетили партнерскую организацию Каунасский технологический университет, Каунас, Литва, август 2019 г. - октябрь 2019 г.

altСовместно с коллегами из КТУ они занимались симуляциями и моделированием механических свойств наноматериалов и нанокомпозитов.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с избранием в члены Европейской академии наук (EURASC)!

профессор Юрий Гогоци, Университет Дрекселя, СШАВ январе 2019 года профессор Юрий Гогоци был избран членом Европейской академии наук (EURASC). Профессор Юрий Гогоци - ведущий украинский и американский ученый в области химии, с 2000 года профессор Университета Дрекселя, Филадельфия, США, в области материаловедения, инженерии и нанотехнологий.

 
Участники проекта Horizon 2020 NANO2DAY из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетили партнерскую организацию Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь, май 2019 года.

altMRC посетил партнерскую организацию Белорусский государственный университет. Вместе с нашими партнерами из БГУ был обсужден и изучен опыт в области диспергирования CNT и графена в полимерах. Проводились сравнения разных смол  и отвердителя для изготовления полимерной матрицы.

 
Визит по проекту NANO2DAY доктора Виталися Лейсиса из Каунасского технологического университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в ноябре-декабре 2018 г.

altУченый исследователь Виталис Лейсис из Каунасского университета, Каунас, Литва, посетил Materials Research Centre, Киев, Украина,  в ноябре-декабре 2018 года для выполнения работ по проекту MSCA RISE NANO2DAY в рамках международной европейской научно-исследовательской программы Горизонт-2020.

Целью этого проекта является разработка новых многофункциональных композитов с выдающимися электронными и механическими свойствами путем включения новых наноматериалов MXene в полимерные матрицы. Во время своего визита доктор Виталис Лейсис ознакомился с разработками партнера проекта MRC, также обсуждались и прорабатывались компьютерные симуляции и моделирование структуры полимерных композитов допированных максенами (MXenes) для дальнейшего расчета их прочностных свойств.

 
ADVANCED SCIENCE NEWS: Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего».

yurigogotsi_drexel_university_2018.jpg - 466.16 Kb

Юрий Гогоци прирожденный  химик, его волнуют научные открытия и он даже не представляет, что мог бы заниматься чем- то иным.

Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего». Он с большим энтузиазмом относится к использованию нанотехнологий для создания «новых искусственных материалов, конструкций и устройств из наноразмерных строительных блоков» и к более широкому применению «симуляций, моделирования и компьютерных расчетов для решения проблем материаловедения», хотя и признает обеспокоенность по поводу неизвестных эффектов, которые искусственный интеллект окажет на нашу будущую жизнь. 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества по программе Горизонт 2020 посетили партнерскую организацию Университет Дрекселя, Филадельфия, США, сентябрь-октябрь 2018 г.

alt

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Университета Дрекселя, перенимают опыт в синтезе двумерных наноматериалов максенов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег из группы Института Наноматериалов Университета Дрекселя под руководством профессора Юрия Гогоци по синтезу максенов, их обработке и применениям для разных назначений. Участниками  от MRC совместно с  исследователями из Дрекселя в химической лаборатории Университета Дрекселя были синтезированы максены  для нужд проекта NANO2DAY. 

 
Директор Materials Research Centre Алексей Гогоци во время рабочей поездки в Университет Дрекселя по по проекту NANO2DAY выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre

altДиректор Materials Research Centre (Киев, Украина) Алексей Гогоци  во время рабочей поездки по по проекту  европейской программы HORIZON 2020 MSCA RISE Project №777810 NANO2DAY в Университет Дрекселя выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre, ее деятельности и участии в международных научно-исследовательских проектах, и в частности проекта NANO2DAY.

 
Директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer из University of Chemistry and Technology, Прага, Чехия, и посетил его семинар по 2d наноматериалам, Университет Дрекселя, США, 18 октября 2018 г.

altВо время рабочей поездки в Университет Дрекселя по международномунаучно-исследовательскому проекту NANO2DAY в рамках европейской научной программы HORIZONT 2020 директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer  из Высшей школы химической технологии,  Прага, Чехия, и посетил его семинар по наноматериалам. Професоор Zdenek Sofer выступил с интересным докладом посвященным разным двумерным материалам помимо графена. 

 

 
Визит по проекту NANO2DAY ученого-исследователя Максима Плахотнюка из Датского Технического Университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в сентябре-ноябре 2018 г.

NANO2DAY project Maksym Plakhotnyuk, DTU visited MRC, November 2018Ученый-исследователь Максим Плахотнюк из исследовательской группы Technical University of Denmark (DTU), возглавляемой проф. Леоном Мишнаевским (prof. Leon Mishnaevsky, Technical University of Denmark), посетил Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении сентября-ноября 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с вручением Ордена Дружбы от Китайского правительства, 29 сентября 2018

altНаграду профессору Юрию Гогоци вручал Вице-премьер министр Китая Лю Хе. Орден Дружбы - высшая государственная награда Китайской Народной Республики для иностранных граждан. Орден Дружбы - самая высокая награда Китая для иностранных экспертов, которые внесли выдающийся вклад в экономическое и социальное развитие страны.

 
15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018

alt15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018. В этой конференции, организованной международным форумом YES приняли участие ведущие политики, дипломаты, бизнесмены, общественные деятели и эксперты из 28 стран.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци, который по версии Clarivate Analytics стал одним из самых влиятельных ученых в области физики в 2018 году!

Professor Yury GogotsiУченый украинского происхождения Юрий Гогоци, заслуженный профессор Университета Дрекселя, (Филадельфия, США) был назван известным рейтинговым агенством Clarivate Analytics одним из самых влиятельных ученых мирового класса по количеству цитирований его публикаций.

 
NAP 2018: Восьмая Международная конференция "Наноматериалы: применение и свойства", Затока, Украина, 9-14 сентября 2018,

2018 IEEE International Conference on “Nanomaterials Applications & Properties”

С 9 по 14 сентября на берегу Черного моря в пгт Затока (Одесская область) прошла уже традиционная 8-я Международная конференция «Наноматериалы: применение и свойства» (2018 IEEE International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties) 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, июль-сентябрь 2018

alt

Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, директор и руководитель проекта от MRC Алексей Гогоци и  Вероника Загородная в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, в соответствии с планом коммандировок по проекту.

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Института Полимеров, делятся своим опытом в синтезе двумерных наноматериалов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег  по полимерам и композиционным материалам.