Mesoporös kiseldioxid
Mesoporös kiseldioxid är en form av kiseldioxid som kännetecknas av sin mesoporösa struktur, det vill säga har porer som sträcker sig från 2 nm till 50 nm i diameter. Enligt IUPAC: s terminologi ligger mesoporositeten mellan mikroporös (<2 nm) och makroporös (>50 nm). Mesoporös kiseldioxid är en relativt ny utveckling inom nanoteknologin . De vanligaste typerna av mesoporösa nanopartiklar är MCM-41 och SBA-15. Forskningen fortsätter på partiklarna, som har tillämpningar inom katalys , läkemedelstillförsel och bildbehandling . Mesoporösa ordnade kiseldioxidfilmer har också erhållits med olika portopologier.
En förening som producerar mesoporös kiseldioxid patenterades runt 1970. Den gick nästan obemärkt förbi och reproducerades 1997. Mesoporösa kiselnanopartiklar (MSN) syntetiserades oberoende 1990 av forskare i Japan. De tillverkades senare även vid Mobil Corporations laboratorier och fick namnet Mobil Composition of Matter (eller Mobil Crystalline Materials, MCM).
Sex år senare producerades nanopartiklar av kiseldioxid med mycket större (4,6 till 30 nanometer) porer vid University of California, Santa Barbara . Materialet fick namnet Santa Barbara Amorphous type material, eller SBA-15. Dessa partiklar har också en hexagonal uppsättning porer.
Forskarna som uppfann dessa typer av partiklar planerade att använda dem som molekylsiktar . Idag har mesoporösa nanopartiklar av kiseldioxid många tillämpningar inom medicin , biosensorer , lagring av värmeenergi, vatten/gasfiltrering och bildbehandling.
Syntes
Mesoporösa kiseldioxidnanopartiklar syntetiseras genom att reagera tetraetylortosilikat med en mall gjord av micellstavar. Resultatet är en samling sfärer eller stavar i nanostorlek som är fyllda med ett regelbundet arrangemang av porer. Mallen kan sedan avlägsnas genom att tvätta med ett lösningsmedel justerat till rätt pH .
Mesoporösa partiklar kan också syntetiseras med en enkel sol-gel-metod såsom Stöber-processen eller en spraytorkningsmetod. Tetraetylortosilikat används också med en ytterligare polymermonomer (som mall).
Emellertid är TEOS inte den mest effektiva prekursorn för att syntetisera sådana partiklar; en bättre prekursor är (3-merkaptopropyl)trimetoxisilan, ofta förkortat till MPPTMS. Användning av denna prekursor minskar drastiskt risken för aggregering och säkerställer mer enhetliga sfärer.
Drogleverans
Den stora ytan på porerna gör att partiklarna kan fyllas med ett läkemedel eller ett cellgift . Precis som en trojansk häst kommer partiklarna att tas upp av vissa biologiska celler genom endocytos , beroende på vilka kemikalier som är fästa på utsidan av sfärerna. Vissa typer av cancerceller kommer att ta upp mer av partiklarna än friska celler, vilket ger forskarna hopp om att MCM-41 en dag kommer att användas för att behandla vissa typer av cancer.
Beställd mesoporös kiseldioxid (t.ex. SBA-15, TUD-1, HMM-33 och FSM-16) visar också potential att öka in vitro- och in vivo-upplösningen av dåligt vattenlösliga läkemedel. Många läkemedelskandidater som kommer från läkemedelsupptäckten lider av dålig vattenlöslighet. En otillräcklig upplösning av dessa hydrofoba läkemedel i gastrointestinala vätskor begränsar starkt den orala biotillgängligheten. Ett exempel är itrakonazol som är ett antimykotikum känt för sin dåliga vattenlöslighet. Vid introduktion av itrakonazol-på-SBA-15-formulering i simulerade gastrointestinala vätskor erhålls en övermättad lösning som ger upphov till förbättrad transepitelial intestinal transport. Även det effektiva upptaget i den systemiska cirkulationen av SBA-15 formulerad itrakonazol har visats in vivo (kaniner och hundar). Detta tillvägagångssätt baserat på SBA-15 ger stabila formuleringar och kan användas för en mängd olika dåligt vattenlösliga föreningar.
Biosensorer
Strukturen hos dessa partiklar gör att de kan fyllas med ett fluorescerande färgämne som normalt inte skulle kunna passera genom cellväggar. MSN-materialet täcks sedan av med en molekyl som är kompatibel med målcellerna. När MSN läggs till en cellkultur bär de färgämnet över cellmembranet. Dessa partiklar är optiskt transparenta, så färgämnet kan ses genom kiseldioxidväggarna. Färgämnet i partiklarna har inte samma problem med självsläckning som ett färgämne i lösning har. De typer av molekyler som ympas på utsidan av MSN:erna kommer att styra vilka typer av biomolekyler som tillåts inuti partiklarna att interagera med färgämnet.