WikiDer > Мезопористый кремнезем

Mesoporous silica
Просвечивающая электронная микроскопия (ТЕА, вверху) и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) изображения мезопористых наночастиц кремнезема.[1]

Мезопористый кремнезем это мезопористый форма кремнезем и недавнее развитие в нанотехнологии. Наиболее распространенные типы мезопористых наночастиц: МСМ-41 и SBA-15.[2] Продолжаются исследования частиц, которые находят применение в катализ, Доставка наркотиков и визуализация.[3]

Соединение, производящее мезопористый диоксид кремния, было запатентовано примерно в 1970 году.[4][5][6] Это прошло почти незамеченным[7] и воспроизведен в 1997 году.[8] Мезопористые наночастицы кремнезема (MSN) были независимо синтезированы в 1990 году исследователями из Японии.[9] Позже они производились также в лабораториях Mobil Corporation.[10] и назвал Мобильный состав материи (или Mobil Crystalline Materials, MCM).[11]

Шесть лет спустя наночастицы кремнезема с гораздо большими порами (от 4,6 до 30 нанометров) были получены на заводе. Калифорнийский университет в Санта-Барбаре.[12] Материал получил название «Санта-Барбара Аморфный материал типа» или SBA-15. Эти частицы также имеют гексагональный массив пор.

Исследователи, которые изобрели эти типы частиц, планировали использовать их в качестве молекулярные сита. Сегодня мезопористые наночастицы кремнезема находят множество применений в лекарство, биосенсоры,[13] накопитель тепловой энергии[14] и изображения.

Синтез

Флаконы мезопористого кремнезема
ПЭМ-изображение мезопористой наночастицы кремнезема

Мезопористые наночастицы кремнезема синтезируются путем взаимодействия тетраэтилортосиликат с шаблоном из мицеллярных стержней. В результате получается совокупность наноразмерных сфер или стержней, заполненных порами правильного расположения. Затем шаблон можно удалить, промывая растворителем, отрегулированным до нужного pH.[3]

Мезопористые частицы также можно синтезировать простым золь-гель методом.[1] такой как Процесс Штёбера, или методом распылительной сушки.[15] Тетраэтилортосиликат также используется с дополнительным полимерным мономером (в качестве шаблона).

Однако TEOS - не самый эффективный прекурсор для синтеза таких частиц; лучшим предшественником является (3-меркаптопропил) триметоксисилан, часто сокращенно MPTMS. Использование этого прекурсора резко снижает вероятность агрегации и обеспечивает получение более однородных сфер.[16][нужна цитата]

Доставка наркотиков

Большая площадь поверхности пор позволяет заполнить частицы лекарственным средством или веществом. цитотоксин. Как Троянский конь, частицы будут поглощены определенными биологическими клетками через эндоцитозв зависимости от того, какие химические вещества прикреплены к внешней стороне сфер. Некоторые типы раковых клеток будут поглощать больше частиц, чем здоровые клетки, что дает исследователям надежду на то, что когда-нибудь MCM-41 будет использоваться для лечения определенных типов рака.[3]

Заказанный мезопористый диоксид кремния (например, SBA-15,[17] ТУД-1,[18] HMM-33,[1] и ФСМ-16[19]) также демонстрируют потенциал для ускорения растворения in vitro и in vivo плохо растворимых в воде лекарственных средств. Многие кандидаты в лекарства, появившиеся после открытия новых лекарств, страдают от плохой растворимости в воде. Недостаточное растворение этих гидрофобных препаратов в желудочно-кишечных жидкостях сильно ограничивает пероральную биодоступность. Одним из примеров является итраконазол который является антимикотиком, известным своей плохой растворимостью в воде. При введении композиции итраконазол-на-SBA-15 в моделируемые желудочно-кишечные жидкости получают перенасыщенный раствор, вызывающий усиленный трансэпителиальный кишечный транспорт.[20] Кроме того, эффективное поглощение итраконазола в составе SBA-15 в системный кровоток было продемонстрировано in vivo (кролики и собаки).[21] Этот подход, основанный на SBA-15, дает стабильные рецептуры.[22] и может использоваться для широкого спектра плохо растворимых в воде соединений.[23]

Биосенсоры

Структура этих частиц позволяет заполнить их флуоресцентным красителем, который обычно не может проходить через стенки клеток. Затем материал MSN закрывается молекулой, совместимой с клетками-мишенями. Когда MSN добавляются к культуре клеток, они переносят краситель через клеточную мембрану. Эти частицы оптически прозрачны, поэтому краситель можно увидеть сквозь кремнеземные стенки. Краситель в частицах не имеет той же проблемы с самозатуханием, как краситель в растворе. Типы молекул, которые привиты к внешней стороне MSN, будут контролировать, какие виды биомолекул могут взаимодействовать внутри частиц с красителем.[24][25]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c Нандианто, Асеп Байу Дани; Ким, Сун-Гил; Искандар, Перегон; Окуяма, Кикуо (2009). «Синтез наночастиц диоксида кремния с нанометровыми мезопорами и внешними диаметрами». Микропористые и мезопористые материалы. 120 (3): 447–453. Дои:10.1016 / j.micromeso.2008.12.019.
  2. ^ Катияр, Амит; Ядав, Сантош; Smirniotis, Panagiotis G .; Пинто, Невилл Г. (июль 2006 г.). «Синтез упорядоченных крупнопористых сферических частиц SBA-15 для адсорбции биомолекул». Журнал хроматографии А. 1122 (1–2): 13–20. Дои:10.1016 / j.chroma.2006.04.055. ISSN 0021-9673. PMID 16716334.
  3. ^ а б c Трюин, Брайан Джи; Нивег, Дженнифер А; Чжао, Яннань; Лин, Виктор С.-Ю. (2007). «Биосовместимые мезопористые наночастицы диоксида кремния различной морфологии для проникновения через мембраны клеток животных». Журнал химической инженерии. 137 (1): 23–29. Дои:10.1016 / j.cej.2007.09.045.
  4. ^ Chiola, V .; Рицко, Дж. Э. и Вандерпул, К. Д. «Процесс производства диоксида кремния с низкой насыпной плотностью». Заявка № US 3556725D A, поданная 26 февраля 1969 г .; Публикация № US 3556725 A, опубликованная 19 января 1971 г.
  5. ^ «Пористые частицы диоксида кремния, содержащие кристаллизованную фазу и способ» Заявка № US 3493341D A, поданная 23 января 1967 г .; Публикация № US 3493341 A, опубликованная 3 февраля 1970 г.
  6. ^ «Процесс производства кремнезема в виде полых сфер»; Заявка № US 342525 A, поданная 4 февраля 1964 г .; Публикация № US 3383172 A, опубликованная 14 мая 1968 г.
  7. ^ Сюй, Рурэн; Пан, Вэньцинь; Ю, Джихонг (2007). Химия цеолитов и родственных пористых материалов: синтез и структура. Wiley-Interscience. п. 472. ISBN 978-0-470-82233-3.
  8. ^ Direnzo, F; Камбон, Н; Дутартр, Р. (1997). «28-летний синтез мезопористого кремнезема с мицеллярными темплатами». Микропористые материалы. 10 (4–6): 283–286. Дои:10.1016 / S0927-6513 (97) 00028-X.
  9. ^ Янагисава, Цунео; Симидзу, Тосио; Курода, Казуюки; Като, Чузо (1990). «Получение комплексов алкилтриметиламмоний-канемит и их превращение в микропористые материалы». Бюллетень химического общества Японии. 63 (4): 988–992. Дои:10.1246 / bcsj.63.988.
  10. ^ Beck, J. S .; Vartuli, J.C .; Roth, W. J .; Леонович, М. Э .; Kresge, C.T .; Schmitt, K. D .; Chu, C. T. W .; Olson, D. H .; Шеппард, Э. У. (1992). «Новое семейство мезопористых молекулярных сит, приготовленных с использованием шаблонов жидких кристаллов». Журнал Американского химического общества. 114 (27): 10834–10843. Дои:10.1021 / ja00053a020.
  11. ^ Trewyn, B.G .; Замедление, I. I .; Гири, S; Chen, H.T .; Лин, В. С. (2007). «Синтез и функционализация мезопористой наночастицы кремнезема на основе золь-гель процесса и применения в контролируемом высвобождении». Отчеты о химических исследованиях. 40 (9): 846–853. Дои:10.1021 / ar600032u. PMID 17645305.
  12. ^ Чжао, Дунъюань; Фэн, Цзянлинь; Хо, Цишэн; Мелош Николай; Фредриксон, Гленн Х.; Чмелка, Брэдли Ф .; Стаки, Гален Д. (1998). «Триблок-сополимерный синтез мезопористого кремнезема с периодическими порами от 50 до 300 ангстрем». Наука. 279 (5350): 548–52. Bibcode:1998Sci ... 279..548Z. Дои:10.1126 / science.279.5350.548. PMID 9438845.
  13. ^ Валенти Дж., Рампаццо Р., Бонакки С., Петрица Л., Маркаччо М., Монтальти М., Проди Л., Паолуччи Ф (2016). «Переменный допинг вызывает обмен механизма в электрогенерированной хемилюминесценции наночастиц диоксида кремния Ru (bpy) 32+ Core-Shell». Варенье. Chem. Soc. 138 (49): 15935–15942. Дои:10.1021 / jacs.6b08239. PMID 27960352.
  14. ^ Митран, Рауль-Огюстен; Бергер, Даниэла; Мунтяну, Корнел; Матей, Кристиан (2015). «Оценка различных опор из мезопористого диоксида кремния для хранения энергии в материалах со стабилизированной фазой с двойным тепловым откликом». Журнал физической химии C. 119 (27): 15177–15184. Дои:10.1021 / acs.jpcc.5b02608.
  15. ^ Nandiyanto, A.B.D .; Искандар Ф. и Окуяма К. (2008). «Наноразмерные полимерные частицы, облегчающие получение мезопористых частиц кремнезема с использованием метода распыления». Письма по химии. 37 (10): 1040–1041. Дои:10.1246 / cl.2008.1040.
  16. ^ Sivanandini, M .; Dhami, Sukhdeep S .; Pabla, B.S .; Гупта, М. (Январь 2014). «Влияние 3-меркаптопропилтриметоксисилана на шероховатость поверхности и скорость удаления материала при химико-механическом полировании». Процедуры материаловедения. 6: 528–537. Дои:10.1016 / j.mspro.2014.07.067.
  17. ^ Меллэртс, Рэнди; Aerts, Caroline A .; Хамбек, Ян Ван; Августийнс, Патрик; Ден Мутер, Гай Ван; Мартенс, Йохан А. (2007). «Повышенное высвобождение итраконазола из заказанных мезопористых материалов кремнезема SBA-15». Химические коммуникации (13): 1375–7. Дои:10.1039 / b616746b. PMID 17377687.
  18. ^ Heikkila, T; Salonen, J; Туура, Дж; Хэмди, М; Mul, G; Кумар, Н; Салми, Т; Мурзин Д; и другие. (2007). «Мезопористый кремнеземный материал ТУД-1 как система доставки лекарств». Международный журнал фармацевтики. 331 (1): 133–8. Дои:10.1016 / j.ijpharm.2006.09.019. PMID 17046183.
  19. ^ Тозука, Юичи; Вонгмекиат, Арпансири; Кимура, Киоко; Морибе, Куниказу; Ямамура, Шигео; Ямамото, Кейджи (2005). «Влияние размера пор FSM-16 на захват флурбипрофена в мезопористых структурах». Химико-фармацевтический бюллетень. 53 (8): 974–977. Дои:10.1248 / cpb.53.974. PMID 16079530.
  20. ^ Меллэртс, Рэнди; Молс, Раф; Kayaert, Pieterjan; Аннаерт, Питер; Ван Хамбек, Ян; Ван Ден Мутер, Гай; Martens, Johan A .; Огюстейнс, Патрик (2008). «Упорядоченный мезопористый диоксид кремния индуцирует pH-независимое перенасыщение основного соединения с низкой растворимостью итраконазола, что приводит к усилению трансэпителиального транспорта». Международный журнал фармацевтики. 357 (1–2): 169–79. Дои:10.1016 / j.ijpharm.2008.01.049. PMID 18325700.
  21. ^ Меллэртс, Рэнди; Молс, Раф; Джаммаер, Джаспер А.Г .; Aerts, Caroline A .; Аннаерт, Питер; Ван Хамбек, Ян; Ван Ден Мутер, Гай; Августийнс, Патрик; Мартенс, Йохан А. (2008). «Повышение пероральной биодоступности плохо растворимого в воде лекарственного препарата итраконазол с упорядоченным мезопористым кремнеземом». Европейский журнал фармацевтики и биофармацевтики. 69 (1): 223–30. Дои:10.1016 / j.ejpb.2007.11.006. PMID 18164930.
  22. ^ Меллэртс, Рэнди; Хаутхуф, Кристоф; Элен, Кен; Чен, Хонг; Ван Спейброк, Михил; Ван Хамбек, Ян; Августийнс, Патрик; Малленс, Жюль; Ван Ден Мутер, Гай; Мартенс, Йохан А. (2010). «Поведение при старении фармацевтических составов итраконазола на материале носителя из заказанного мезопористого диоксида кремния SBA-15». Микропористые и мезопористые материалы. 130 (1–3): 154–161. Дои:10.1016 / j.micromeso.2009.10.026.
  23. ^ Ван Спейброк, Михил; Барилларо, Валери; Тхи, Тао До; Меллэртс, Рэнди; Мартенс, Йохан; Ван Хамбек, Ян; Vermant, Jan; Аннаерт, Питер; и другие. (2009). «Заказанный мезопористый кремнеземный материал SBA-15: платформа широкого спектра действия для малорастворимых лекарств». Журнал фармацевтических наук. 98 (8): 2648–58. Дои:10.1002 / jps.21638. PMID 19072861.
  24. ^ Трюин, Брайан Джи; Супратим, Гири; Замедление, Игорь I; Линь, Виктор С.-Ю. (2007). «Мезопористые наночастицы диоксида кремния на основе контролируемого высвобождения, доставки лекарств и биосенсорных систем». Химические коммуникации (31): 3236–3245. Дои:10.1039 / b701744h. PMID 17668088.
  25. ^ Раду, Даниэла Р.; Лай, Чен-Ю; Ефтиния, Ксения; Роу, Эрик В.; Jeftinija, Srdija & Lin, Victor S.-Y. (2004). «Реагент для трансфекции генов на основе наносферы из мезопористого кремнезема, покрытого полиамидоамином, дендримером». Журнал Американского химического общества. 126 (41): 13216–13217. Дои:10.1021 / ja046275m. PMID 15479063.