Nanomaterials as photothermal agents for biomedical applications

Photothermal therapy (PTT) is a potentially curative treatment modality that in recent years has been the object of growing interest and rapid technological advances due to its specific therapeutic efficacy and because it is a non-invasive technique. Nowadays, several nanomaterials have been developed as photothermal agents including metallic and carbon-based nanoparticles, conducting polymers, and different kinds of nanocomposites, among others. In this article, the most relevant applications of these photothermal nano-agents in antibacterial and anticancer therapy are reviewed.Fil: Cuello, Emma Antonia. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Bongiovanni Abel, Silvestre Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Barbero, César Alfredo. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Yslas, Edith Inés. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Molina, María Alejandra. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentin

Smart thermomechanochemical composite materials driven by different forms of electromagnetic radiation

Photo-thermo-mechanochemical (P-T-MCh) nanocomposites provide a mechanical and/or chemical output (MCh) in response to a photonic (P) input, with the thermal (T) flux being the coupling factor. The nanocomposite combines a photon absorbing nanomaterial with a thermosensitive hydrogel matrix. Conjugated (absorbing in the near infrared (NIR, 750–850 nm) wavelength range) polymer (polyaniline, PANI) nanostructures are dispersed in cross-linked thermosensitive (poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAM) hydrogel matrices, giving the nanocomposite P-T-MCh properties. Since PANI is a conductive polymer, electromagnetic radiation (ER) such as radiofrequency (30 kHz) and microwaves (2.4 GHz) could also be used as an input. The alternating electromagnetic field creates eddy currents in the PANI, which produces heat through the Joule effect. A new kind of “product” nanocomposite is then produced, where ER drives the mechanochemical properties of the material through thermal coupling (electromagnetic radiation thermomechanochemical, ER-T-MCh). Both optical absorption and conductivity of PANI depend on its oxidation and protonation state. Therefore, the ER-T-MCh materials are able to react to the surroundings properties (pH, redox potential) becoming a smart (electromagnetic radiation thermomechanochemical) (sER-T-MCh) material. The volume changes of the sER-T-MCh materials are reversible since the size and shape is recovered by cooling. No noticeable damage was observed after several cycles. The mechanical properties of the composite materials can be set by changing the hydrogel matrix. Four methods of material fabrication are described.Fil: Riberi, Kevin Sebastián. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; ArgentinaFil: Bongiovanni Abel, Silvestre Manuel. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Martinez, María Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; ArgentinaFil: Molina, María Alejandra. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Rivarola, Claudia Rosana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; ArgentinaFil: Acevedo, Diego Fernando. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Rivero, Rebeca Edith. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; ArgentinaFil: Cuello, Emma Antonia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; ArgentinaFil: Gramaglia, Romina Andrea. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; ArgentinaFil: Barbero, César Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentin

Development of micropatterning polyimide films for enhanced antifouling and antibacterial properties

A commercial biomedical Polyimide (PI) film was topographically and chemically modified by generating micrometric periodic arrays of lines using Direct Laser Interference Patterning (DLIP) in order to improve antifouling and antibacterial properties. DLIP patterning was performed with periods from 1 μm to 10 μm. The physical modification of the surface was characterized by SEM, AFM and contact angle measurements and, the chemical composition of the ablated surfaces was analyzed by ATR-IR and XPS spectroscopies. The antibacterial effects were evaluated through the effect on Pseudomonas aeruginosa colonies growth on the LB (Luria Bertani) broth. The results showed that the laser treatment change the topography and as a consequence the chemistry surface, also that the microstructured surfaces with periods below 2 μm, exhibited a significant bacterial (P. aeruginosa) adhesion decrease compared with non-structured surfaces or with surfaces with periods higher than 2 μm. The results suggest that periodic topography only confer antifouling properties and reduction of the biofilm formation when the microstructure presents periods ranging from 1 μm to 2 μm. On the other hand, the topography that confer strong antifouling superficial properties persists at long incubation times. In that way, polymer applications in the biosciences field can be improved by a surface topography modification using a simple, single-step laser-assisted ablation method.Fil: Cuello, Emma Antonia. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Mulko, Lucinda Emma. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Barbero, César Alberto. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Acevedo, Diego Fernando. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Yslas, Edith Inés. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentin

Remote radiofrequency triggering of topography changes in a surface micropatterned PANI@PNIPAM nanocomposite

The presence of polyaniline (PANI) conducting polymer loaded in thick films of a transparent and thermosensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) hydrogel network allowed for absorption of UV light and modification of dry (PANI@PNIPAM) nanocomposites by direct laser interference patterning (DLIP) at 355 nm. This resulted in a surface morphology of a nano-foam superimposed on a dominant line/groove pattern. The observations are rationalized based on currently accepted mechanisms for laser-induced polymer surface modification. Furthermore, the PANI in the nanocomposite films absorbs radiofrequency (RF) radiation remotely inducing the volume phase transition of PNIPAM. The swelled, low-roughness state for PANI@PNIPAM collapsed into a non-swelled and patterned film. The procedure provided the optimum RF dose range for preserving the surface topography of the films. The evidence suggests that the DLIP processing of PANI@PNIPAM films preserve the thermosensitivity of the original PNIPAM material and shows up the potential for tuning the surface morphology of the composite due to synergistic effects of both RF actuation on PANI and temperature rise of PNIPAM. In this sense, the surface pore size increase accompanying the development of line/groove pattern by DLIP, creates a structure onto PANI@PNIPAM films with potential for the development of remotely triggered soft-sensors and drug delivery systems.Fil: Mulko, Lucinda Emma. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Cuello, Emma Antonia. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Barbero, César Alfredo. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Pino, Gustavo Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Molina, María Alejandra. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; ArgentinaFil: Rossa, Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentin

Photothermally enhanced bactericidal activity by the combined effect of NIR laser and unmodified graphene oxide against Pseudomonas aeruginosa

The manuscript shows the application of unmodified graphene oxide (GO) as a photothermally susceptible material to trigger antibacterial effects. The synthesis and characterization of unmodified GO easily dispersed in aqueous solutions is also shown. High GO concentrations in the dark and low GO concentrations irradiated with near infrared light (NIR) produced death in nosocomial bacterium (Pseudomonas aeruginosa). It is demonstrated that GO dispersion in the dark produced a dose-dependent increase in the antibacterial action at concentrations up to 120 μg/mL. On the other hand, by using much lower concentrations (c.a. 2 μg/mL) of GO (non toxic in the dark) and irradiating with near-infrared radiation during 15 min, a degree of mortality of 98.49% was observed. The P. aeruginosa treated with GO and irradiated exhibited DNA fragmentation due to the physical damage of cell membranes. The GO 2 μg/mL dispersions proved favorable, since they do not induce cell death in the dark, whereas the combination with NIR light triggers the damage to the cell membranes. This characteristic is clearly an advantage in comparison with traditional antibacterial nanomaterials (such as nanoparticles), which induce cell killing due to the nanoparticles toxicity per se. Furthermore, this work provides a novel treatment for combating bacterial nosocomial infections without the use of antibiotics, opening a new area of clinical application via simple photothermal therapy.Fil: Pereyra, Jesica Yanina del Carmen. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Cuello, Emma Antonia. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Salavagione, Horacio Javier. Instituto en Ciencia y Tecnología de Polímeros; EspañaFil: Barbero, César Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; ArgentinaFil: Acevedo, Diego Fernando. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Yslas, Edith Inés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular. Sección Química Biológica; Argentin