materiał lżejSzy niż puch

Stworzenie materiału, który jest lżejszy od powietrza, stało się faktem. Jest nim aerożel - substancja, która ma w sobie 90-99,8 proc. powietrza i jest obiecującym nośnikiem leków.

Pierwsze aerożele otrzymał Samuel Stephens Kistler w 1931 r., jednak nie potrafił znaleźć dla nich zastosowania. W latach 60. XX w. firma Monsanto zaczęła wprowadzać aerożele do niektórych kosmetyków i past do zębów, jednak nie była to powszechne praktyka. Następnie na wiele lat zamarło zainteresowanie tymi wyjątkowymi materiałami. Dziś naukowcy prześcigają się w konstruowaniu coraz lżejszych materiałów, poprawianiu ich właściwości i w poszukiwaniu nowych obszarów, w których mogłyby być stosowane.

Aerożele, oprócz naprawdę niewielkiej gęstości, najmniejszej wśród ciał stałych, posiadają też kilka innych wyjątkowych właściwości. Mają niewielki współczynnik przewodnictwa ciepła, co sprawia, że idealnie nadają się do stosowania w kombinezonach roboczych strażaków oraz ludzi, którzy pracują przy wysokich temperaturach. Są odporne na ściskanie i rozciąganie. Wytrzymują położenie na nich przedmiotu 4000 razy cięższego od nich! Są za to kruchym materiałem, nieodpornym na uderzenia i ścinanie.

Mają także wiele porów. Ta cecha sprawiła, że NASA zainteresowała się aerożelami, opracowując własną metodę ich otrzymywania i wykorzystania. Aerożele służyły poza Ziemią do gromadzenia kosmicznego pyłu, który następnie mógł zostać zanalizowany na Ziemi. Aerożele stosuje się też jako podłoże dla katalizatorów w niektórych reakcjach chemicznych, jak również jako nośnik herbicydów czy pestycydów. Duża liczba porów, czyli miejsc, w które może wniknąć substancja lecznicza i być potem stopniowo uwalniana, jest obiecującą właściwością dla rozwoju medycyny.

Możliwe jest stworzenie aerożelów o właściwościach hydrofilowych, jak hydrofobowych. Jest to niewątpliwą przewagą aerożeli nad innymi materiałami budującymi systemy dozowania leków (Drug Delivery System), ponieważ większość ze współcześnie stosowanych materiałów ma charakter hydrofilowy, jak chociażby hydrożele. Nie wszystkie substancje lecznicze są rozpuszczalne w wodzie. Wtedy konieczne jest zastosowanie matrycy, czyli nośnika, o właściwościach hydrofobowych, takiej jak aerożele.

Opracowano i opatentowano różne rozwiązania technologiczne, które mają na celu wprowadzenie leku w strukturę aerożelu. Niektórzy naukowcy próbowali nasączać żel substancjami czynnymi, a następnie przeprowadzać suszenie pod bardzo niskim ciśnieniem z jednoczesnym wprowadzaniem gazu obojętnego. Inni wprowadzali leki w strukturę już gotowego aerożelu. Istnieją pewne ograniczenia odnośnie leków, które mogą być rozpraszane w aerożelach. Muszą one przede wszystkim być stabilne termicznie, aby wytrzymać warunki nadkrytyczne dla dwutlenku węgla. Przeprowadzono już badania nad wprowadzaniem w strukturę aerożelu metadonu i naltreksonu, silnych leków przeciwbólowych, które mogą być wykorzystywane także w leczeniu uzależnień.

Naukowcy wiążą nadzieje z możliwością stosowania aerożeli z lekarstwami drogą wziewną. Przyspieszałoby to wchłanianie substancji czynnej przy jednoczesnym wydłużeniu jej uwalniania. Trwają badania nad podawaniem tą drogą ketoprofenu, silnego leku przeciwbólowego, a także gryzeofulwiny - antybiotyku przeciwgrzybicznego.

Ograniczenia stawiane przed substancjami czynnymi leków sprawiają, że zastosowanie na dużą skalę produktów leczniczych z aerożelami jest kwestią przyszłości, a nie teraźniejszości. Jednocześnie wiele zespołów naukowych trudzi się nad stworzeniem najbardziej opłacalnego sposobu wydłużonego podawania leków. Może się okazać, że już za kilka-kilkanaście lat aerożele staną się powszechnym składnikiem lekarstw.

NEB/815/05/07/2021