Using mesoporous thin films as nano-micro-fluidic tools

Achieving active control on small amounts of liquids represents a substantial challenge in both scientific and engineering aspects. Imbibition of fluids in bodies with nanoscale dimensions enables the spontaneous propelling of nano-flows because of the powerful capillarity at small-length scales. Peculiarities of nanopore imbibition at the thin film level lead to distinctive capillary transport phenomena of fluids across the nanopore matrix. This particular imbibition also impacts on the behavior of the in-contact liquid micro-volumes. These both features add versatile alternatives to the high interest in the management of femtolitre to microlitres amounts of liquids. Herein, we show a brief discussion-outlook based on recent advances in the design of versatile tools to attain programmable nano/microfluidics using mesoporous thin film platforms.Cited as: Berli, C. L. A., Bellino, M. G. Using mesoporous thin films as nano-micro-fluidic tools. Capillarity, 2022, 5(6): 123-127. https://doi.org/10.46690/capi.2022.06.0

Recent advances in micro-electro-mechanical devices for controlled drug release applications

In recent years, controlled release of drugs has posed numerous challenges with the aim of optimizing parameters such as the release of the suitable quantity of drugs in the right site at the right time with the least invasiveness and the greatest possible automation. Some of the factors that challenge conventional drug release include long-term treatments, narrow therapeutic windows, complex dosing schedules, combined therapies, individual dosing regimens, and labile active substance administration. In this sense, the emergence of micro-devices that combine mechanical and electrical components, so called micro-electro-mechanical systems (MEMS) can offer solutions to these drawbacks. These devices can be fabricated using biocompatible materials, with great uniformity and reproducibility, similar to integrated circuits. They can be aseptically manufactured and hermetically sealed, while having mobile components that enable physical or analytical functions together with electrical components. In this review we present recent advances in the generation of MEMS drug delivery devices, in which various micro and nanometric structures such as contacts, connections, channels, reservoirs, pumps, valves, needles, and/or membranes can be included in their design and manufacture. Implantable single and multiple reservoir-based and transdermal-based MEMS devices are discussed in terms of fundamental mechanisms, fabrication, performance, and drug release applications.Fil: Villarruel Mendoza, Luis A.. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales. Departamento de Micro y Nanotecnología; ArgentinaFil: Scilletta, Natalia Antonela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales. Departamento de Micro y Nanotecnología; ArgentinaFil: Bellino, Martin Gonzalo. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; ArgentinaFil: Desimone, Martín Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Catalano, Paolo Nicolás. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales. Departamento de Micro y Nanotecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentin

Development of 3D-Printed Collagen Scaffolds with In-Situ Synthesis of Silver Nanoparticles

UV-irradiation method has grown as an alternative approach to in situ synthetize silver nanoparticles (AgNPs) for avoiding the use of toxic reducing agents. In this work, an antimicrobial material by in situ synthesizing AgNPs within 3D-printed collagen-based scaffolds (Col-Ag) was developed. By modifying the concentration of AgNO3 (0.05 and 0.1 M) and UV irradiation time (2 h, 4 h, and 6 h), the morphology and size of the in situ prepared AgNPs could be controlled. As a result, star-like silver particles of around 23 ± 4 μm and spherical AgNPs of 220 ± 42 nm were obtained for Ag 0.05 M, while for Ag 0.1 M cubic particles from 0.3 to 1.0 μm and round silver precipitates of 3.0 ± 0.4 μm were formed in the surface of the scaffolds at different UV irradiation times. However, inside the material AgNPs of 10–28 nm were obtained. The DSC thermal analysis showed that a higher concentration of Ag stabilizes the 3D-printed collagen-based scaffolds, while a longer UV irradiation interval produces a decrease in the denaturation temperature of collagen. The enzymatic degradation assay also revealed that the in situ formed AgNPs act as stabilizing and reinforcement agent which also improve the swelling capacity of collagen-based material. Finally, antimicrobial activity of Col-Ag was studied, showing high bactericidal efficiency against Gram-negative (Escherichia coli) and Gram-positive (Staphylococcus aureus) bacteria. These results showed that the UV irradiation method was really attractive to modulate the size and shape of in situ synthesized AgNPs to develop antimicrobial 3D-printed collagen scaffolds with different thermal, swelling and degradation properties

Antimicrobial Surfaces from Incorporated Nano-agents

Biofilm development is a survival strategy for majority of bacteria to adapt to their living environment. These biofilms are prevalent on most surfaces in nature. Microbial cells in biofilm exhibit significantly enhanced tolerance and resistance to antimicrobial challenge and host defenses. Therefore, the control and eradication of biofilm-associated diseases present a great challenge. Recently, there is considerable biomedical incentive in the development of nanoparticles with self-antibacterial activity or as antibiotic carriers. The advantages of coatings incorporating different types of nano-agents for antimicrobial surface generation are here reviewed. Although the main coatings currently used or investigated and the associated synthesis processes are individually described, emphasis is made on silver-loaded mesoporous thin coatings. Recent developments suggest that mesoporous oxide thin films (especially titania) incorporating metal nanoparticles is becoming a prime candidate for antimicrobial coatings.Fil: Municoy, Sofia. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales. Departamento de Micro y Nanotecnología; ArgentinaFil: Desimone, Martín Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Catalano, Paolo Nicolás. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales. Departamento de Micro y Nanotecnología; ArgentinaFil: Bellino, Martin Gonzalo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Desarrollo Tecnológico y Proyectos Especiales. Departamento de Micro y Nanotecnología; Argentin

Modificando las propiedades mecánicas del colágeno mediante alginato

El alginato de sodio es un polisacárido natural que se caracteriza por ser biocompatible, biodegradable y no tóxico. La formación de geles de alginato mediante la utilización de cationes de calcio (Ca 2+ ) ha sido ampliamente reportado y puede producirse mediante el contacto entre Ca2+ con soluciones de alginato. Aprovechando la facilidad de gelificación a través de este mecanismo, se pudo obtener geles mediante la simple mezcla de soluciones de alginato y CaCl2 en diferentes concentraciones. Al mismo tiempo, mediante el uso de geles de colágeno tipo 1, cuya estructura posee la propiedad de swelling, la cual permite absorber gran cantidad de líquidos, se obtuvieron estructuras de colágeno y alginato, mediante la inmersión de los geles de colágeno en soluciones de CaCl2 0.06 g/mL, 0.1 g/mL y 0.2 g/mL y su posterior inmersión en soluciones de alginato 0.03 g/mL, 0.06 g/mL y 0.1 g/mL. Con ello, se obtuvieron geles de colágeno, rodeados de cápsulas de alginato. Por otra parte, se sumergieron geles de colágeno en soluciones de alginato 0.03 g/mL, 0.06 g/mL y 0.1 g/mL y su posterior inmersión en CaCl2 0.06 g/mL, 0.1 g/mL y 0.2 g/mL. De estos últimos, se obtuvieron geles de colágeno en cuyo interior se encuentra alginato gelificado. Se observaron cambios en la morfología de los geles de colágeno, variación del diámetro, y en la estructura de los mismos, variación de la coloración y la rigidez. Se estudió el perfil de liberación de CaCl2 de los geles de colágeno sumergidos en las soluciones de concentraciones mencionadas y se midió mediante un equipo de Absorción Atómica.Fil: Gonzalvez, Ana Belén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Municoy, Sofia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Bellino, Martin Gonzalo. Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Desimone, Martín Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; Argentin

Therapeutic applications

Nanomaterials both with immobilized enzymes or with enzyme-like activities (nanozymes) offer several advantages over natural biocatalysts such as protection from harsh environmental conditions, production at large scale, low costs, great robustness against extreme conditions and superior activities. As a consequence of their advantages, these nanosystems have been widely applied in biosensing, degradation of organic pollutants and therapy. In this chapter, broad field of nanomaterial-immobilized enzymes and nanozymes based on metal nanoparticles and nanocarbons are introduced from the point of view of therapeutics applications. The most recent progresses in the field of nanozymes with multifunctional applications and the current state of knowledge of single-atom catalysts are particularly discussed. Finally, new nanodevices for therapeutic applications are described in the context of enzyme-powered nanomotors. Because of the developments and innovations in nanomaterials science, nanozymes and single-atom catalysts have gained increasing interest compared with their ancestors and indeed will continue to be an active field in nano-therapy strategies in the incoming years.Fil: Rodriguez Ayala, Facundo. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; ArgentinaFil: Bellino, Martin Gonzalo. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; ArgentinaFil: Catalano, Paolo Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; ArgentinaFil: Desimone, Martín Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; Argentin

One-pot route to produce hierarchically porous titania thin films by controlled self-assembly, swelling, and phase separation

Expanding mesopore size beyond a 10 nm diameter is a big challenge for developing applications based on mesostructured-mesoporous thin films, especially in nanobiotechnology. This triggers the need of new multipore materials produced by reproducible soft chemistry routes. We present here a novel and simple one-pot synthesis method that allows the creation of a new kind of hierarchically porous thin film using a combination of supramolecular templating and phase separation. Accurate tuning of pore size distribution (bimodal, with small mesopores 13−18 nm diameter, and large pores 20−150 nm diameter) is attained by controlling the solubility of a pore enhancement agent, poly(propylene glycol), in the presence of a co-solvent. The reported strategy permits the in situ tuning of the processes that govern the pore generation at different length scales; this opens a path for fabrication of multimodal mesoporous films, which represents an important breakthrough in the field

Encapsulación de Gramicidina S en liposomas

Gramicidin S (GraS) is an amphiphilic peptide that has emerged as an effective alternative antibiotic. However, its applicability is restricted for clinical uses due to its effect on eukaryotic cells and low aqueous solubility. In this work, a novel water-soluble peptide formulation with bactericidal activity is developed by the incorporation of Gramicidin S in the lipid bilayer of liposomes (L-GraS). As a result, GraS included in the lipid vesicles is stabilized in aqueous medium and showed antimicrobial activity against Staphylococcus aureus. In addition, L-GraS reveals enhanced biocompatibility with mammalian cells in comparison with the free peptide. Molecular dynamics simulations shed light on the collective behavior between GraS peptides and liposomes from a molecular approach. The molecular dynamic simulations are in agreement with experimental results and further confirm the effective incorporation of GraS in the liposomes, letting understand the best formulation procedure of the vesicles. Therefore, the L-GraS nanosystem presented here is an interesting alternative to conventional antibiotics, with less restrictions and promising features to improve current therapies. Practical Applications: Incorporation of GraS in liposomes is an interesting approach to increase the solubility of the peptide, thus expanding its therapeutic horizon as a promising alternative to combat bacterial colonization especially in wound infections.Fil: Antezana, Pablo Edmundo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Analítica y Fisicoquímica. Cátedra de Química Analítica Instrumental; ArgentinaFil: Municoy, Sofia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Bellino, Martin Gonzalo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Martini, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Desimone, Martín Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; Argentin

Tuning the Antimicrobial Activity of Collagen Biomaterials through a Liposomal Approach

The development of advanced biocidal agents stands as a global challenge, focused on the increasing demand of new biomaterials with local and gradual release of antimicrobial agents. This is the first time that three well-known materials are strategically combined to develop a novel biomaterial with long-term bactericidal activity that avoids burst release and toxic effects, by the incorporation of silver nanoparticles in liposomes and the subsequent incorporation of these assemblies in collagen hydrogels. These systems show improved mechanical properties and prolonged inhibitory effect on the growth of Gram-positive (Staphylococcus aureus) and Gram-negative (Pseudomonas aeruginosa) bacteria, while remaining highly biocompatible for epithelial cells. In fact, the hybrid biocomposite prevents bacterial colonization for at least 72 h, allowing at the same time eukaryotic cell proliferation. As a result, this new bactericidal biomaterial provides a new alternative to improve current treatments of bacterial infections with many implications in significant applications, such as wound therapy and tissue regeneration.Fil: Municoy, Sofia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Antezana, Pablo Edmundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; ArgentinaFil: Pérez, Claudio Javier. 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: Bellino, Martin Gonzalo. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; ArgentinaFil: Desimone, Martín Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco; Argentin

Controlled adhesion and proliferation of a human osteoblastic cell line by tuning the nanoporosity of titania and silica coatings

The engineering of surfaces to control cell adhesion represents an active area of biomaterials research. Herein, we demonstrate that it is possible to tune the adhesion and proliferation of a human osteoblastic cell line (Saos-2) by tailoring the nanopore size of an oxide film coating.Fil: Bellino, Martin Gonzalo. Comisión Nacional de Energí­a Atómica. Gerencia del Area de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Quí­mica (CAC); ArgentinaFil: Golbert, Sebastian. Comisión Nacional de Energí­a Atómica. Gerencia del Area de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Quí­mica (CAC); ArgentinaFil: de Marzi, Mauricio Cesar. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral "Profesor R. A. Margni"; Argentina. Universidad Nacional de Lujan; ArgentinaFil: Soler Illia, Galo Juan de Avila Arturo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Quí­mica (CAC); ArgentinaFil: Desimone, Martín Federico. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco (i); Argentin