Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Nanoshells )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Рисунок 1. s-поляризация и p-поляризация.
Часть цикла статей о
Наномедицина
Смотрите также

Nanoshell , а точнее nanoshell плазмонного , представляет собой тип сферической наночастицы , состоящей из диэлектрического сердечника , которая покрыта тонкой металлической оболочки (обычно золота ). [1] Эти нанооболочки включают квазичастицу, называемую плазмоном, которая представляет собой коллективное возбуждение или квантовые плазменные колебания, при которых электроны одновременно колеблются относительно всех ионов.

Одновременное колебание можно назвать плазмонной гибридизацией, где настраиваемость колебания связана со смесью внутренней и внешней оболочки, где они гибридизируются, чтобы дать более низкую или более высокую энергию. Эта более низкая энергия сильно связана с падающим светом, тогда как более высокая энергия препятствует связыванию и слабо сочетается с падающим светом. Взаимодействие гибридизации сильнее для более тонких слоев оболочки, следовательно, толщина оболочки и общий радиус частицы определяют, с какой длиной волны света она взаимодействует. [2] Нанооболочки можно изменять в широком диапазоне светового спектра.который охватывает видимый и ближний инфракрасный диапазоны. Взаимодействие света и наночастиц влияет на размещение зарядов, что влияет на прочность связи. Падающий свет, поляризованный параллельно подложке, дает s-поляризацию (рис. 1b), следовательно, заряды находятся дальше от поверхности подложки, что дает более сильное взаимодействие между оболочкой и сердечником. В противном случае образуется p-поляризация, которая дает более сильно сдвинутую энергию плазмона, вызывая более слабое взаимодействие и связь.

Открытие [ править ]

Открытие нанооболочки было сделано профессором Наоми Дж. Халас и ее командой из Университета Райса в 2003 году. Когда она и ее команда открыли нанооболочки, они изначально не были уверены, какой потенциал у таких нанооболочек. «Мы сказали:« Ну и что в этом хорошего? »- сказал Халас CNN. После множества предложений терапия рака возникла в результате продолжающегося сотрудничества с биоинженерами, ищущими различные виды биомедицинских приложений. [3] «Одно из наших видений», - заявил Халас, - «не менее чем одноразовая диагностика и лечение рака». [4] В 2003 году Халас был награжден за лучшее открытие 2003 года по версии журнала Nanotechnology Now . [4]

Производство [ править ]

Современным методом синтеза золотых нанооболочек является использование микрожидкостных композитных пен. Этот метод может заменить стандартный литографический метод синтеза плазмонных нанооболочек. Описанный ниже производственный процесс был экспериментом, проведенным Суханьей Дурайсвами и Саифом А. Ханом из Департамента химической и биомолекулярной инженерии в Сингапуре. Хотя этот метод был экспериментальным, он представляет будущее синтеза нанооболочек.

Материалы, необходимые для производства нанооболочек, следующие: Тетраэтилортосиликат, гидроксид аммония, гидроксиламина гидрохлорид, 3-аминопропилтрис, тригидрат тетрахлороурата (III), тетракис (гидроксиметил) фосфония хлорид, гидроксид натрия, карбонат калия, этанол, сверхчистая вода и стеклянная посуда, промытые в царской водке и тщательно промытые водой. [5] )

Первым шагом в синтезе нанооболочек в этом методе является создание устройства, внутри которого протекает реакция. Узоры микрожидкостных устройств были изготовлены на кремниевых пластинах с помощью стандартной фотолитографии с использованием негативного фоторезиста SU-8 2050. Затем устройства были отлиты в поли (диметилсилоксан) (ПДМС) с использованием техники мягкой литографии. (40) Вкратце, ПДМС формовали на СУ-8. 8 мастеров при 70 ° C в течение 4 часов, очищенных, нарезанных и очищенных. Впускные и выпускные отверстия (наружный диаметр 1/16 дюйма) были пробиты в устройстве. Микроканалы были необратимо прикреплены к предметному стеклу, предварительно покрытому тонким слоем PDMS после короткой 35-секундной обработки воздушной плазмой. Микроканалы имеют прямоугольное поперечное сечение, ширину 300 мкм, глубину 155 мкм и длину 0,45 м. [5]

Фактическое производство наночастиц включает закачку «силиконового масла, смеси частиц диоксида кремния с золотыми затравками и раствора для золочения и раствора восстановителя в микрофлюидное устройство, в то время как газообразный азот подавался из баллона». [5] Затем раствор для гальваники выдерживали в контролируемой среде более чем на 24 часа. После процесса старения жидкость собирается из микрофлюидного устройства и помещается в центрифугу. Полученная жидкость имеет слой масла на поверхности, а под ним раствор, содержащий нанооболочки.

Причина, по которой этот метод является революционным, заключается в том, что размер и относительную толщину золотой нанооболочки можно контролировать, изменяя время, в течение которого может происходить реакция, а также концентрацию раствора для покрытия. Таким образом, исследователи могут адаптировать частицы к своим потребностям. Хотя бы для оптики или лечения рака.

Лечение рака [ править ]

Наночастицы с золотой оболочкой, которые представляют собой сферические наночастицы с диоксидом кремния и / или липосомными ядрами [6] и золотой оболочкой, используются в терапии рака и улучшении биовизуализации. Тераностические зонды, способные обнаруживать и лечить рак за один сеанс лечения, представляют собой наночастицы, которые имеют участки связывания на своей оболочке, которые позволяют им прикрепляться к желаемому месту (обычно раковым клеткам), а затем могут быть отображены с помощью двухмодальных изображений (стратегия визуализации который использует рентгеновские лучи и радионуклидные изображения ) и с помощью флуоресценции в ближнем инфракрасном диапазоне. [7]Причина использования наночастиц золота заключается в их ярких оптических свойствах, которые контролируются их размером, геометрией и их поверхностными плазмонами. Золотые наночастицы (такие как AuNP) обладают преимуществом биосовместимости и гибкости, позволяющей иметь несколько различных молекул и основных материалов, прикрепленных к их оболочке (почти все, что обычно может быть прикреплено к золоту, может быть прикреплено к золотой наноболочке, которые можно использовать для выявления и лечения рака). Лечение рака возможно только благодаря рассеянию и поглощению, которое имеет место для плазмоники . При рассеянии позолоченные наночастицы становятся видимыми для процессов визуализации, которые настроены на правильную длину волны, которая зависит от размера и геометрии частиц. При абсорбции,происходит фототермическая абляция , которая нагревает наночастицы и их ближайшее окружение до температур, способных убить раковые клетки. Это достигается с минимальным повреждением клеток в организме за счет использования «водяного окна» (спектральный диапазон от 800 до 1300 нм). [1] Поскольку человеческое тело состоит в основном из воды, это оптимизирует используемый свет по сравнению с визуализируемыми эффектами.

Эти золотые нанооболочки перемещаются в опухоли с помощью фагоцитоза , когда фагоциты захватывают нанооболочки через клеточную мембрану, образуя внутреннюю фагосому или макрофаг . После этого он перемещается в клетку, и ферменты обычно используются для его метаболизма и вывоза обратно из клетки. Эти нанооболочки не метаболизируются, поэтому для их эффективности они просто должны находиться внутри опухолевых клеток, а фотоиндуцированная гибель клеток (как описано выше) используется для уничтожения опухолевых клеток. Эта схема представлена ​​на рисунке 2.

Терапевтические препараты на основе наночастиц успешно применяются в опухолях за счет использования эффекта повышенной проницаемости и удерживания, свойства, которое позволяет наноразмерным структурам пассивно внедряться в опухоли без помощи антител [4]. Доставка нанооболочек в важные области опухолей может быть очень сложной. Именно здесь большинство нанооболочек пытаются использовать естественный набор моноцитов опухолью для доставки, как показано на рисунке выше. Эта система доставки называется «троянский конь». [8]

Этот процесс работает так хорошо, поскольку опухоли состоят из примерно 1/4 макрофагов, и как только моноциты попадают в опухоль, они дифференцируются в макрофаги, которые также будут необходимы для поддержания наночастиц груза . Когда нанооболочки оказываются в центре некроза, ближнее инфракрасное излучение используется для разрушения связанных с опухолью макрофагов.

Кроме того, эти наночастицы можно заставить высвобождать олигонуклеотиды антисмысловой ДНК при фотоактивации. Эти олигонуклеотиды используются в сочетании с процедурами фототермической абляции для проведения генной терапии. Это достигается за счет того, что комплексы наночастиц доставляются внутрь клеток, а затем подвергаются индуцированному светом высвобождению ДНК с их поверхности. Это позволит осуществлять внутренние манипуляции с ячейкой и предоставит средства для наблюдения за возвращением групповых ячеек в состояние равновесия. [9]

Другой пример плазмоники нанооболочек в лечении рака включает размещение лекарств внутри наночастицы и использование ее в качестве средства доставки токсичных лекарств только к злокачественным участкам. [10] Это достигается путем покрытия внешней стороны наночастицы оксидом железа (что позволяет легко отслеживать с помощью аппарата МРТ ), а затем, когда область опухоли покрывается наночастицами, наполненными лекарством, наночастицы могут быть активированы с помощью резонансного световые волны для высвобождения препарата.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Loo, C; Лин, А; Hirsch, L; Ли, Mh; Бартон, Дж; Halas, N; Запад, Дж; Дрезек, Р. (февраль 2004 г.). «Визуализация на основе фотоники с помощью наноболочек и терапия рака» . Технологии в исследовании и лечении рака . 3 (1): 33–40. DOI : 10.1177 / 153303460400300104 . PMID  14750891 . S2CID  17523671 . Архивировано из оригинала (Free полный текст) 23 октября 2007 года . Проверено 6 августа 2009 года .
  2. ^ Бринсон, Be; Ласситер, Jb; Левин, Кс; Бардхан, Р; Мирин, Н; Халас, Нью-Джерси (ноябрь 2008 г.). «Наночастицы стали проще: улучшение роста слоя Au на поверхности наночастиц» . Ленгмюра . 24 (24): 14166–14171. DOI : 10.1021 / la802049p . PMC 5922771 . PMID 19360963 .  
  3. ^ CNN. «Биография: Наоми Халас». CNN. Сеть кабельных новостей, 11 марта 2008 г. Интернет. 7 мая 2012 г. < http://edition.cnn.com/2007/TECH/science/06/11/halas.biog/ >.
  4. ^ a b «Лучшие открытия». - Лучшее из нанотехнологий. Нанотехнологии сейчас, 29 марта 2008 г. Web. 7 мая 2012 г. < http://www.nanotech-now.com/2003-Awards/Best-Discoveries-2003.htm >.
  5. ^ a b c Дурайсвами, Суханья; Хан, Саиф (23 августа 2010 г.). «Плазмонный синтез наноболочек в микрожидкостных композитных пенах». Нано-буквы . 9. 10 (9): 3757–3763. Bibcode : 2010NanoL..10.3757D . DOI : 10.1021 / nl102478q . PMID 20731386 . 
  6. ^ Аббаси, Акрам; Парк, Кеунхан; Бозе, Ариджит; Ботун, Джеффри Д. (30 мая 2017 г.). "Чувствительные в ближнем инфракрасном диапазоне - слоистые золотые наноболочки". Ленгмюра . 33 (21): 5321–5327. DOI : 10.1021 / acs.langmuir.7b01273 . ISSN 0743-7463 . PMID 28486807 .  
  7. ^ Bardhan, R ; Grady, Nk; Халас, Нью-Джерси (сентябрь 2008 г.). «Наноразмерное управление усилением флуоресценции в ближнем инфракрасном диапазоне с использованием наноболочек Au». Nano Micro Small . 4 (10): 1716–1722. DOI : 10.1002 / smll.200800405 . PMID 18819167 . 
  8. ↑ Цой, мистер; Стэнтон-Макси, Кейдж; Стэнли, Дж. Левин, Кс; Бардхан, Р; Вид; Badve, S; Стерджис, Дж; Робинсон, Дж. Башир, Р; Халас, штат Нью-Джерси; Клэр, Се (декабрь 2007 г.). «Клеточный троян для доставки терапевтических наночастиц в опухоли». Нано-буквы . 7 (12): 3759–65. Bibcode : 2007NanoL ... 7.3759C . DOI : 10.1021 / nl072209h . PMID 17979310 . 
  9. ^ Бардан, R; Lal, S; Джоши, А; Халас, Нью-Джерси (май 2011 г.). «Тераностические нанооболочки: от дизайна зонда до визуализации и лечения рака» . Счета химических исследований . 44 (10): 936–946. DOI : 10.1021 / ar200023x . PMC 3888233 . PMID 21612199 .  
  10. ^ https://www.sciencedaily.com/releases/2006/11/061115085736.htm

Внешние ссылки [ править ]

  • halas.rice.edu