Krzemionka mezoporowata - Mesoporous silica
Krzemionka mezoporowata jest mezoporowatą formą krzemionki i stanowi niedawny rozwój nanotechnologii . Najczęstsze typy mezoporowatych nanocząstek to MCM-41 i SBA-15. Trwają badania nad cząstkami, które mają zastosowanie w katalizie , dostarczaniu leków i obrazowaniu .
Związek wytwarzający mezoporowatą krzemionkę został opatentowany około 1970 roku. Został prawie niezauważony i został odtworzony w 1997 roku. Nanocząstki mezoporowatej krzemionki (MSN) zostały niezależnie zsyntetyzowane w 1990 roku przez naukowców w Japonii. Zostały one później wyprodukowane również w laboratoriach Mobil Corporation i nazwane Mobil Composition of Matter (lub Mobil Crystalline Materials, MCM).
Sześć lat później na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara wyprodukowano nanocząsteczki krzemionki o znacznie większych porach (4,6 do 30 nanometrów) . Materiał nazwano materiałem typu Santa Barbara Amorphous lub SBA-15. Cząstki te mają również sześciokątny układ porów.
Naukowcy, którzy wynaleźli tego typu cząstki, planowali wykorzystać je jako sita molekularne . Obecnie mezoporowate nanocząstki krzemionki mają wiele zastosowań w medycynie , bioczujnikach , magazynowaniu energii cieplnej, filtracji wody/gazu i obrazowaniu.
Synteza
Nanocząstki mezoporowatej krzemionki są syntetyzowane w reakcji ortokrzemianu tetraetylu z szablonem wykonanym z pręcików micelarnych. Rezultatem jest zbiór kulek lub pręcików o rozmiarach nano, które są wypełnione regularnym układem porów. Następnie szablon można usunąć poprzez przemycie rozpuszczalnikiem o odpowiednim pH .
Cząstki mezoporowate można również zsyntetyzować za pomocą prostej metody zol-żel, takiej jak proces Stöbera , lub metodą suszenia rozpyłowego. Stosuje się również ortokrzemian tetraetylu z dodatkowym monomerem polimerowym (jako szablon).
Jednak TEOS nie jest najskuteczniejszym prekursorem do syntezy takich cząstek; lepszym prekursorem jest (3-merkaptopropylo)trimetoksysilan, często skracany do MPTMS. Zastosowanie tego prekursora drastycznie zmniejsza ryzyko agregacji i zapewnia bardziej jednolite sfery.
Dostawa narkotyków
Duża powierzchnia porów pozwala na wypełnienie cząsteczek lekiem lub cytotoksyną . Podobnie jak koń trojański , cząsteczki zostaną wchłonięte przez określone komórki biologiczne na drodze endocytozy , w zależności od tego, jakie substancje chemiczne są przyczepione na zewnątrz sfer. Niektóre typy komórek rakowych zabiorą więcej cząstek niż zdrowe komórki, co daje naukowcom nadzieję, że pewnego dnia MCM-41 będzie stosowany w leczeniu niektórych rodzajów raka.
Uporządkowana mezoporowata krzemionka (np. SBA-15, TUD-1, HMM-33 i FSM-16) również wykazuje potencjał przyspieszenia rozpuszczania się słabo rozpuszczalnych w wodzie leków in vitro i in vivo. Wielu kandydatów na leki, pochodzących z odkrycia nowych leków, cierpi na słabą rozpuszczalność w wodzie. Niedostateczne rozpuszczanie tych leków hydrofobowych w płynach żołądkowo-jelitowych silnie ogranicza biodostępność po podaniu doustnym. Jednym z przykładów jest itrakonazol, który jest środkiem przeciwgrzybicznym znanym ze swojej słabej rozpuszczalności w wodzie. Po wprowadzeniu preparatu itrakonazol-on-SBA-15 do symulowanych płynów żołądkowo-jelitowych, otrzymuje się przesycony roztwór powodujący zwiększony przeznabłonkowy transport jelitowy. Wykazano również skuteczne wchłanianie do krążenia ogólnoustrojowego itrakonazolu w postaci SBA-15 in vivo (króliki i psy). To podejście oparte na SBA-15 daje stabilne preparaty i może być stosowane do szerokiej gamy słabo rozpuszczalnych w wodzie związków.
Bioczujniki
Struktura tych cząstek pozwala na wypełnienie ich barwnikiem fluorescencyjnym, który normalnie nie byłby w stanie przejść przez ściany komórkowe. Materiał MSN jest następnie zamykany cząsteczką, która jest kompatybilna z komórkami docelowymi. Gdy MSN są dodawane do hodowli komórkowej, przenoszą barwnik przez błonę komórkową. Cząsteczki te są optycznie przezroczyste, dzięki czemu barwnik widać przez ścianki krzemionki. Barwnik w cząstkach nie ma tego samego problemu z samogaszeniem, co barwnik w roztworze. Rodzaje cząsteczek wszczepionych na zewnątrz MSN będą kontrolować, jakie rodzaje biocząsteczek mogą wchodzić w interakcję z barwnikiem.