Говорят, что большие вещи приходят в маленьких посылках. И в течение последнего десятилетия MXenes - двумерные соединения углерода и переходных металлов, впервые разработанные в Дрекселе - подтверждали эту точку зрения, стимулируя инновации во многих областях науки. Теперь новое партнерство открывает возможности для помощи MXenes в спасении жизней.

Соглашение, лицензионная сделка между Университетом Дрекселя и Nephria Bio, дочерней компанией южнокорейской компании EOFlow Co., Ltd., занимающейся производством медицинских устройств в США, позволит использовать MXenes в качестве фильтра в носимом устройстве искусственной почки, которое разрабатывает Nephria Bio. Эта технология может помочь и улучшить жизнь миллионов людей, которые еженедельно часами подключаются к неподвижным диализным аппаратам.
Но не всегда было так легко делать новые открытия в области MXenes. Юрий Гогоци, заслуженный профессор Университета Дрекселя, профессор материаловедения и инженерии, директор Института наноматериалов имени Энтони Дж. Дрекселя (DNI) был среди исследователей, которые первыми открыли  эти материалы в 2011 году. Об открытии было объявлено вскоре после присуждения Нобелевской премии по физике паре исследователей из Англии, которые провели революционные исследования в области графена, двумерного углеродного материала. Профессор Гогоци вспоминает, что вслед за Нобелевской премией последовал большой поток исследований графена, оставив открытия вокруг максенов в относительном застое.

«Прошло четыре или пять лет, прежде чем сообщество обратило внимание и заметило, что мы создали много разных максенов, которые обладают уникальными свойствами», - делится Юрий Гогоци. «С этого момента исследования начали стремительно расти». Профессор Гогоци поясняет, что эта последняя разработка связана с открытием того, что MXenes можно использовать для фильтрации очень мелких частиц, в частности мочевины, из крови.

Максены можно использовать для фильтрации очень мелких частиц, что упрощает процесс диализа. Диализ традиционно проводится путем пропускания крови через несколько мембран для удаления токсинов, как правило, через здоровую почку. Затем токсины уносятся жидким раствором, так называемым диализатом. Профессор Гогоци и его группа обнаружили, что максены могут помочь упростить этот процесс.
«Я долгое время занимался разработкой адсорбентов на основе углерода для биомедицинских применений, но одна из проблем заключается в том, что уголь не может фильтровать мочевину, которая очень мелкая и легко растворяется в жидкости», - говорит он. «Понимая химию максенов, мы работали интуитивно, чтобы попытаться выяснить, могут ли они адсорбировать мочевину. Когда мы узнали, что они могут, то опубликовали статью, на которую обратила внимание EOFlow ».

Поскольку конечная цель проекта - искусственная почка размером с сотовый телефон, которую можно носить на поясе - будет работать непрерывно, она может избавить пациентов от необходимости проходить лечение несколько раз в неделю из-за накопления токсинов, когда нужно быть напрямую подключенным к аппарату. Это может помочь им вести более полный и активный образ жизни, улучшая общее состояние здоровья.
Помимо партнерства с Nephria Bio, Профессор Гогоци и его группа работают с доктором медицины Мирой Херхей, ассоциированным профессором в Медицинском колледже Университета Дрекселя, над изучением возможных преимуществ максенов для здоровья. И хотя до устройства еще несколько лет, использование MXenes может произвести революцию в диализе, каким мы его знаем сегодня.

«Поскольку максены намного более эффективны при фильтрации, то диализному аппарату, использующему их, потребуется гораздо меньше диализата для удаления токсинов», - поясняет Юрий Гогоци. «Это могло бы значительно уменьшить размер аппарата, возможно, до такой степени, что пациенты могли бы иметь его дома. Как и все важные разработки, это будет происходить в несколько этапов, сначала улучшая существующую технологию, а затем заменяя ее чем-то более совершенным ».
«Всегда интересно делать открытия. Однако по умолчанию это не означает, что исследовательское сообщество или общество в целом примет ваше открытие. Вы должны показать, что это важно».
Проект получил гранты от Фонда Коултера и Национального научного фонда США на развитие процесса. Значительный импульс может произойти, если группа добьется успеха в конкурсе по разработке искусственной почки, организованном Министерством здравоохранения и социальных служб США и Американским обществом нефрологов.

В других областях здравоохранения группа профессора Юрия Гогоци объединяется с исследователями из Пенсильванского университета для изучения использования MXenes в имплантируемых медицинских электродах для мониторинга и стимуляции электрической активности в организме. По словам профессора Гогоци, максены обладают рядом преимуществ по сравнению с электродами, изготовленными из традиционных материалов.

«Электроды из максена более прочные, более гибкие и страдают от гораздо меньших потерь сигнала, чем электроды, сделанные из золота и платины», - говорит он. «И поскольку переходных металлов, используемых для создания MXenes, больше, чем драгоценных металлов, со временем они станут менее дорогими и более распространенными».
Финансирование от Национального института здоровья помогает изучить возможность использования этой технологий для создания мониторов следующего поколения для измерения функции мышц и здоровья сердца.

Максены также вдохновляют на инновации в борьбе с раком. Институт наноматериалов имени Дрекселя, который возглавляет профессор Гогоци, в сотрудничестве с онкологическим центром Fox Chase изучает использование максенов в фотодинамической терапии. «Мы знаем, что MXenes могут адсорбировать красный свет, и что свет может быть преобразован в тепло», - объясняет Гогоци. «Целенаправленное тепло убивает раковые клетки, поэтому мы надеялись сосредоточить наши исследования на этом. Другие исследователи начали собирать те же идеи и публиковать статьи, поэтому получить финансирование становится сложно ». Но конкуренция - не обязательно плохо в мире науки.

«Всегда интересно что-то открывать», - говорит Гогоци. «Однако по умолчанию это не означает, что исследовательское сообщество или общество в целом примет ваше открытие. Вы должны показать, что это важно ».

За десятилетие, прошедшее с момента получения первого максена, они стали демонстрировать свойства, с которыми не может сравниться ни один другой материал. Они проводят электричество, как и другие металлы, но могут растворяться в воде, образуя проводящую глину. Их можно распылять на поверхность без каких-либо связующих, в результате чего получается ультратонкая пленка, которая уже доказала свою эффективность в обеспечении сотового сигнала с пропускной способностью, конкурирующей с современными телефонами. Они обладают различными оптическими свойствами и могут быть любого цвета радуги, что делает их идеальными для носимых устройств. Открытие не прекращается.

«Максены столько всего могут сделать», - говорит Юрий Гогоци. «Это лучший материал для защиты электронных устройств от электромагнитных помех. Они могут защитить людей от потенциального микроволнового излучения. И, благодаря своей проводимости, их можно применять в устройствах с батареями, которые можно заряжать за миллисекунды, а не часы ».

Ключ к дальнейшему продвижению - осознанность. По мере того, как количество инженеров и других ученых, работающих с материалами, увеличивается, их потенциал использования многократно растет. Профессор Гогоци считает, что максены находятся на пороге инновационного взрыва.

«Мы провели первую в истории международную конференцию посвященную максенам в 2018 году, и у нас было около 200 участников», - вспоминает он. «В следующем году у нас было около 450 участников. Когда пандемия отменила наши планы по проведению конференции в 2020 году, мы уже видели более 2000 зарегистрированных участников из более чем 750 различных организаций из 60 стран. Вы действительно можете почувствовать масштабы расширения этого исследования. И Университет Дрекселя, место, где все началось, по-прежнему остается лидером в этой области ».

Источник: https://www.coe.drexel.edu/dragon-discoveries/health-wellness-and-medicine/mad-for-mxenes/