Регистрация / Вход
Прислать материал

Модификация порошков пористого кремния для биомедицинского применения

Сведения об участнике
ФИО
Кристина Беспалова
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования ""Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)” (СПбГЭТУ ""ЛЭТИ"")
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Биоматериалы
Тема
Модификация порошков пористого кремния для биомедицинского применения
Резюме
Направление создания биосовместимых материалов, с возможностью дальнейшего применения в биомедицине, активно развивается в современном материаловедении. Одним из таких материалов является пористый кремний, свойства которого можно контролировать при помощи технологических параметров. В данной работе исследуются слои и порошки пористого кремния, полученные при различных технологических параметрах (разной плотности тока анодирования) функционализированные антибиотиком Канамицин и флуорофором Индоцианин зеленый.
Ключевые слова
Пористый кремний, адресная доставка лекарств, электрохимическое анодное травление, биомедицина, матрицы-носители, наночастицы, пористые материалы, порошки пористого кремния, спектры оптической плотности
Цели и задачи
Цель работы – разработка технологии функционализации порошков пористого кремния на основе монокристаллического кремния n-типа электропроводности антибиотиком Канамицин и флуорофором Индоцианин зеленый для адресной доставки лекарств.
Задачами, поставленными в работе, являлись:
1. Отработка технологии получения por-Si в заданных технологических условиях, в качестве исходного материала использовался n-кремний;
2. Исследование структуры и морфологии полученных порошков por-Si, определение размеров частиц, отработка методики получения дисперсий порошков пористого кремния с выбранными значениями размеров частиц;
3. Функционализация порошков пористого кремния молекулами Индоцианина зеленого и молекулами Канамицина методом пассивной адсорбции;
4. Исследование образцов функционализированного пористого кремния методом оптической фотометрии;
5. Характеризация образцов функционализированного пористого кремния методом оптической и растровой электронной микроскопии;
Введение

Матрицы-носители на основе por-Si максимально приближены к контейнерам для адресной доставки лекарств широкого спектра действия и отвечают всем требованиям, необходимым для направленного транспорта. В тоже время, технология получения пористого кремния – электрохимическое анодное травление монокристаллической пластины кремния – проста и экономически выгодна.

В настоящее время, частицы por-Si неоднократно протестированы на живых организмах и в текущий момент уже используются в таких препаратах, как BioSillicon.

Все эти факторы делают пористый кремний наиважнейшим материалом для исследований в области получения частиц различных типов, а также методов функционализации таких частиц.

Методы и материалы

Для создания слоев por-Si применяется метод электрохимического анодного травления. В качестве исходного материала используют монокристаллический кремний. Травление происходит в растворе плавиковой кислоты.

После получения слоев por-Si образцы проходили пост-обработку в изопропиловом спирте и воде.

Для выполнения работы, при данных технологических условиях были получены как слои, так и порошки por-Si. Для получения порошков por-Si пористый слой разбивался при помощи ультразвукового воздействия до наночастиц (УЗВ марки «Сапфир»).

Исследование морфологии частиц и слоев por-Si производилось на растровом электронном микроскопе марки Mira Tescan.

Для функционализации полученных порошков был выбран метод пассивной адсорбции в растворе.

Порошки por-Si погружались в растворы лекарственного препарата Канамицин и флуорофора Индоцианин зеленый на 24 часа.

Полученные функционализированные частицы исследовались на однолучевом спектрофотометре марки ПЭ-5400 УФ в диапазоне волн 190 - 1000 нм в водной среде.

Описание и обсуждение результатов

В результате выполнения данной работы была разработана технология функционализации порошков пористого кремния на основе монокристаллического кремния n-типа электропроводности флуорофором Индоцианин зеленый, антибиотиком Канамицин.

В работе были получены серии порошков и слоев пористого кремния, отличающиеся условиями получения: плотностью тока анодирования (j = 15, 30, 80 мА/см2). Пористый кремния по данным РЭМ характеризовался порами макро- и мезо- диапазона размеров, преимущественно квадратной формой сечения канала пор.

Исследована структура и морфология полученных порошков por-Si, определены размеры частиц. По данным РЭМ показано, что порошки пористого кремния являются преимущественно полидисперсными, преимущественная часть частиц пористого кремния характеризовалась размерами (500-600 нм) для сери 1, также присутствуют частицы размерами менее 100 нм, а также небольшое количество более крупных частиц (до 1-1,5 мкм).

Экспериментально показано, что проведение центрифугирования дисперсий порошков пористого кремния позволяет отделить частицы размерами более 600 нм. По данным РЭМ выявлено, что в дисперсиях на основе дистиллированной воды, изопропилового спирта в объеме жидкости удерживаются частицы пористого кремния размерами до 500-600 нм, что, очевидно, связано с малой массой из-за низкой плотности материала частиц (высокой пористости). Установлено, что применение ультразвукового воздействия большей мощности позволяет получать частицы меньших размеров (как минимум, уменьшать размеры частиц в 2 раза для серии 1).

При сравнении спектров поглощения порошков пористого кремния, лекарственного средства Канамицин, а также частиц функционализированных Канамицином, было установлено, что по изменению формы спектров последнего можно говорить, что методом пассивной адсорбции были закреплены молекулы лекарственного средства в пористые частицы. Это, очевидно, объясняется тем, пористый кремний в выбранных условиях получения содержит гидроксильные группы на поверхности, которые успешно взаимодействуют с гидроксильными группами молекулы Канамицина;

По данным спектров поглощения водных дисперсий порошков пористого кремния с Индоцианином зеленым наблюдается отсутствие функционализации лекарственного препарата. Это, по-видимому, связано с тем, что молекула Индоцианина зеленого преимущественно имеет гидрофобные группы, которые плохо взаимодействуют с гидрофильной поверхностью пористого кремния, полученного в работе.

Практические рекомендации :

Для функционализации пористого кремния флуорофором Индоцианин зелёный нужно: а) выбрать другие условия получения частиц пористого кремния, чтобы поверхность его преимущественно содержала нейтральные или слабоосновные группы на поверхности; б) скорректировать технологические условия процесса (концентрацию раствора, время осаждения)

Используемые источники
1. Мошников, В.А. Глава 5. «Электрохимические методы получения пористых материалов для топливных элементов» [Текст] / В.А.Мошников , Ю.М Спивак //Основы водородной энергетики / Под ред. В.А. Мошникова и Е.И. Терукова. 2-е изд. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ» – 2011 – 288с.
2. Спивак Ю. М. Наноструктурированные материалы. Особенности получения и диагностики //Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. – 2013. – Т. 6. – С. 54-64.
3. Мошников В. А., Спивак Ю. М. Электрохимические методы получения пористых материалов для топливных элементов //Глава в монографии: Основы водородной энергетики/Под ред. ВА Мошникова и ЕИ Терукова.
4. Спивак Ю. М., Нигмадзянова Н. Р. Получение пористого кремния для применения в адресной доставке лекарств //Молодой ученый. – 2014. – №. 69. – С. 208-212.
Information about the project
Surname Name
Kristina Bespalova
Project title
Functionalization of porous silicon nanopowders for biomedical applications
Summary of the project
The main goal of this graduating work is to develop technology of functionalization porous silicon powders based on monocrystalline silicon n-type conductivity by antibiotic Kanamycin and Indocyanine green fluorophore for targeted drug delivery.
Three sets of porous silicon layers and porous silicon powders with different process parameters were obtained.
For the functionalization of porous silicon powders passive adsorption method was chosen in solution, electrophoretic deposition method has been studied for substances layers.
These samples were examined by optical microscopy, scanning electron microscopy and optical photometry.
As a result, optical density spectra of aqueous dispersions of porous silicon powders and the transmission spectra of porous layers after electrophoretic deposition were obtained. Data about morphology of porous layers and porous silicon particles were obtain by optical microscopy and scanning electron microscopy
Keywords
Porous silicon, targeted drug delivery, nanoparticles, nanopowders, biomedical application