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纳米医学 2017：用于纳米医学应用的发光多孔硅无机涂层

尼古拉·达尔多索

多孔硅（pSi）是通过对晶体硅片进行电化学蚀刻而产生的光致发光材料。它适合纳米医学应用，因为它具有惰性、可生物降解、生物相容性并且没有免疫反应。此外，由于量子限制效应，它们的光学特性在生物成像应用方面非常有趣。pSi微粒在纳米医学中的应用的主要问题之一是水环境中光学性质的快速猝灭。我们之前通过壳聚糖和 PEG 等聚合物的共价连接证明了长期光学稳定性。在这项工作中，我们研究了生物缓冲液中微粒的光学性质稳定性（例如，PBS）通过在旋转反应器中通过 ALD（原子层沉积）沉积无机 TiO2 层。该工艺允许沉积具有微调厚度的均匀层。通过优化 ALD 参数，我们使 pSi 微粒子的光学性能稳定了三个多月（截至目前）。我们通过体外测试研究了 pSi-TiO2 微粒对人树突状细胞 (DC) 的影响，发现树突状细胞的活力没有降低，但考虑到纳米医学应用，它们能够通过其他方法增加免疫细胞的激活。必须考虑激动剂。这些结果及其在水溶液中证明的光致发光稳定性使 pSi-TiO2 微粒有机会成为纳米医学应用的有希望的候选者。该工艺允许沉积具有微调厚度的均匀层。通过优化 ALD 参数，我们使 pSi 微粒子的光学性能稳定了三个多月（截至目前）。我们通过体外测试研究了 pSi-TiO2 微粒对人树突状细胞 (DC) 的影响，发现树突状细胞的活力没有降低，但考虑到纳米医学应用，它们能够通过其他方法增加免疫细胞的激活。必须考虑激动剂。这些结果及其在水溶液中证明的光致发光稳定性使 pSi-TiO2 微粒有机会成为纳米医学应用的有希望的候选者。该工艺允许沉积具有微调厚度的均匀层。通过优化 ALD 参数，我们使 pSi 微粒子的光学性能稳定了三个多月（截至目前）。我们通过体外测试研究了 pSi-TiO2 微粒对人树突状细胞 (DC) 的影响，发现树突状细胞的活力没有降低，但考虑到纳米医学应用，它们能够通过其他方法增加免疫细胞的激活。必须考虑激动剂。这些结果及其在水溶液中证明的光致发光稳定性使 pSi-TiO2 微粒有机会成为纳米医学应用的有希望的候选者。我们通过体外测试研究了 pSi-TiO2 微粒对人树突状细胞 (DC) 的影响，发现树突状细胞的活力没有降低，但考虑到纳米医学应用，它们能够通过其他方法增加免疫细胞的激活。必须考虑激动剂。这些结果及其在水溶液中证明的光致发光稳定性使 pSi-TiO2 微粒有机会成为纳米医学应用的有希望的候选者。我们通过体外测试研究了 pSi-TiO2 微粒对人树突状细胞 (DC) 的影响，发现树突状细胞的活力没有降低，但考虑到纳米医学应用，它们能够通过其他方法增加免疫细胞的激活。必须考虑激动剂。这些结果及其在水溶液中证明的光致发光稳定性使 pSi-TiO2 微粒有机会成为纳米医学应用的有希望的候选者。

可在体内循环的纳米材料在疾病的诊断和治疗方面具有巨大的潜力。对于此类应用，重要的是纳米材料在发挥其诊断或治疗功能后的合理时间内从体内安全地消除。尽管努力提高其靶向效率，但单核吞噬系统在找到目标之前会清除大量系统引入的纳米材料，这增加了无意的急性或慢性毒性的可能性。无毒且已被系统淘汰的产品。这里，我们提出了发光多孔硅纳米颗粒（LPSiNP），它将携带药物有效负载，其固有的近红外光致发光可以监测体内的积累和降解。此外，与大多数光学活性纳米材料（碳纳米管、金纳米颗粒和量子点）相比，LPSiNPs 在小鼠模型中会在相对较短的时间内自毁成肾脏纯化的成分，并且没有毒性证据。作为初步的体内应用，它展示了使用葡聚糖包被的 LPSiNP（D-LPSiNP）进行肿瘤成像。这些结果证明了多功能低毒降解纳米结构可替代体内应用。与大多数光学活性纳米材料（碳纳米管、金纳米颗粒和量子点）相比，LPSiNPs 在小鼠模型中会在相对较短的时间内自毁成肾脏纯化的成分，并且没有毒性证据。作为初步的体内应用，它展示了使用葡聚糖包被的 LPSiNP（D-LPSiNP）进行肿瘤成像。这些结果证明了多功能低毒降解纳米结构可替代体内应用。与大多数光学活性纳米材料（碳纳米管、金纳米颗粒和量子点）相比，LPSiNPs 在小鼠模型中会在相对较短的时间内自毁成肾脏纯化的成分，并且没有毒性证据。作为初步的体内应用，它展示了使用葡聚糖包被的 LPSiNP（D-LPSiNP）进行肿瘤成像。这些结果证明了多功能低毒降解纳米结构可替代体内应用。

Nanostructured materials have become promising candidates for drug delivery, especially for cancer treatment1. in addition to traditional drug delivery systems based on polymers and lipids (DDS) and other inorganic nanomaterials 2,3,4,5 porous Si (pSi) is a beautiful material for applications in nanomedicine due to its unusual properties, such as a huge area (up to 800 m2 · g - 1) 6, biocompatibility7,8,9 and biodegradability 10,11,12 while maintaining the bioactivity of the drug13. moreover, the nanostructured pSi showed unique optical14 and luminescent properties11,15, which are favorable for the self-declaration of the load and the release of drugs. The pSis are often manufactured in films 6,16,17,18,19,20, microparticles 21,22,23 or nanoparticles 11,24,25,26,27. The loading capacities of the drugs and the release kinetics depend strongly on the area and the surface chemistry of the materials pSi28,29. And not surprisingly, hydrophobic preparations are more efficiently loaded into hydrophobic pores 17.28. However, often when used under physiological conditions, drug reservoirs are often difficult to moisten with hydrophobic exterior surfaces. Thus, pSi decorations on the inner and outer surfaces with various properties are very popular.

 

Cunin 和他的同事首次报道了 pSi 外表面的选择性修饰31。在这里，扁平硅与碳氢化合物进行热硅烷化，然后进行电化学蚀刻。有机层至少部分保留在外表面上，同时出现新鲜的孔，使内表面可用于进一步改性。对于内表面改性，在氧化铝膜上应用了多次阳极氧化和硅烷化循环，从而实现了空间控制的表面改性32,33。基利安等人。提出了外部和内部 pSi 表面的差异功能化，该功能化依赖于物理现象和毛细管现象的混合30，整个表面首先用疏水性10-琥珀酰亚胺基十一烯酸酯进行修饰，可以有效地阻止水渗透到内部孔中，从而导致肽缀合仅发生在外表面上。另一方面，使用有机溶剂，将各种试剂附着到 pSi 的内表面。同样，Wu和Sailor使用惰性流体作为“掩模”，以在pSi34外表面选择性功能化过程中保护内部孔不暴露于酸性溶液。最近描述了一种三步功能化程序，包括通过外表面的选择性消化分开的两个氢化硅烷化反应。各种试剂附着在 pSi 的内表面上。同样，Wu和Sailor使用惰性流体作为“掩模”，以在pSi34外表面选择性功能化过程中保护内部孔不暴露于酸性溶液。最近描述了一种三步功能化程序，包括通过外表面的选择性消化分开的两个氢化硅烷化反应。各种试剂附着在 pSi 的内表面上。同样，Wu和Sailor使用惰性流体作为“掩模”，以在pSi34外表面选择性功能化过程中保护内部孔不暴露于酸性溶液。最近描述了一种三步功能化程序，包括通过外表面的选择性消化分开的两个氢化硅烷化反应。 该过程为 pSi 的外表面提供了亲水基团，限制了内孔壁的疏水化，如使用 pSi35 大孔的角分辨率 X 射线光谱 (XPS) 所证明的那样。还报道了一种依赖性较小的孔径程序，其中使用光的氢化硅烷化反应导致 pSi 层的离散表面化学，其中化学修饰的深度取决于程序中使用的太阳光的波长36。然而，迄今为止，尚未证实用聚合物，特别是防污聚合物对 pSi 外表面进行改性，同时用疏水性物质装饰内孔壁。

Si 片晶购自法国 Siltronix。除非另有说明，用于合成的所有化学品（试剂和溶剂）均购自 Sigma-Aldrich，具有最佳可用纯度，并按指示使用。对于铕测试，DELFIA 增强溶液和 100 nM 欧洲标准品等试剂购自澳大利亚 PerkinElmer。人白蛋白（HSA，99%）和纤连蛋白（FN）购自 Sigma-Aldrich。细胞培养使用以下试剂：多聚甲醛（Sigma）、DMEM培养基（Invitrogen）、胎牛血清（FBS，Invitrogen）、Triton™ X-100（Sigma）和4’，6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI） ）（Invitrogen）并且全部按收到时使用。小鼠L929成纤维细胞用于细胞培养实验。

用于药物输送的智能纳米转运体等无机结构结合了无机药物输送结构的最新研究。详细介绍和讨论了各种类型的纳米载体，提供了无机纳米颗粒在药物应用中的现代概述。本书由多位国际科学家撰写，对于生物材料、制药领域的研究人员以及想要更多了解无机智能纳米载体当前应用的人们来说可能是有价值的参考。