Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия биогибридных структур клеток 3Т3 NIH с интернализованными наночастицами пористого кремния на подложках различных материалов
Аннотация
Работа посвящена исследованию биогибридного материала на основе клеток млекопитающих фибробластов мыши 3T3 NIH с иммобилизированными частицами пористого кремния, включающими нанокристаллы размером около 10 нм методом фотоэлектронной спектроскопии. Изучено влияние материала поверхности подложки, на которой выращен биогибридный материал, на возможность проведения исследований физико-химического состояния развитой поверхности. В качестве материала поверхностей для роста клеток и последующей интернализации кремниевых частиц использовался никель и известные своей биосовместимостью золото и титан. Для оценки характера распределения клеток на поверхностях использовался метод оптической микроскопии в режиме
отраженного света. Показано, что поверхность никеля не является пригодной для синтеза и последующих исследований биогибридных структур. В то же время на поверхности золота и титана клеточный материал и структуры на его основе доступны для измерений в том числе методом фотоэлектронной спектроскопии - высокоточным методом изучения зарядового состояния атомов и физико-химического состояния поверхности в целом. В рентгеновских фотоэлектронных спектрах показаны все основные компоненты, ожидаемые к обнаружению после высушивания и последующего вакуумирования изучаемых объектов: материала поверхности подложек и массивов клеточных культур, выращенных на подложках. На поверхности никеля сигнала от атомов кремния не
обнаружено. В случае золотой поверхности близость энергий связи остовных уровней золота (подложка) и кремния (интернализованные частицы) приводит к тому, что существенный по своей интенсивности сигнал атомов золота не позволяет детектировать сигнал от атомов кремния, который слабее по интенсивности. Сигнал атомов кремния в биогибридных структурах надежно детектируется только при использовании подложек титана, в том числе для контрольного образца, содержащего наночастицы пористого кремния без инкубации в клетках. Таким образом, показано, что поверхность фольги титана может быть использована для исследований методом фотоэлектронной
спектроскопии биогибридного материала на основе клеток млекопитающих фибробластов мыши 3T3 NIH с иммобилизированными частицами пористого кремния. Полученный результат важен для высокоточной диагностики физико-химического состояния биогибридных материалов и структур на их основе с малым содержанием атомов кремния при решении задач изучения совместимости и возможностей использования кремниевых наноматериалов для медицинских, в том числе терапевтических и иных приложений.
Скачивания
Литература
Sun L., Yu Y., Chen Z., Bian F., Ye F., Sun L., Zhao Y. Biohybrid robotics with living cell actuation. Chemical Society reviews. 2020;49: 4043–4069. https://doi.org/10.1039/d0cs00120a
Ragni R., Scotognella F., Vona D., ... Farinola G. M. Hybrid photonic nanostructures by in vivo incorporation of an organic fluorophore into diatom algae. Advanced Functional Materials. 2018;28: 1706214. https://doi.org/10.1002/adfm.201706214
Martins M., Toste C., Pereira A. C. Enhanced light-driven hydrogen production by self-photosensitized biohybrid systems. Angewandte Chemie International Edition. 2021;133: 9137–9144. https://doi.org/10.1002/anie.202016960
Mishra A., Melo J. S., Agrawal A., Kashyap Y., Sen D. Preparation and application of silica nanoparticles- Ocimum Basilicum Seeds Bio-Hybrid for the efficient immobilization of Iinvertase enzyme. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2020;188: 110796. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.110796
Mishra A., Pandey V. K., Shankar B. S., Melo J. S. Spray drying as an efficient route for synthesis of silica nanoparticles-sodium alginate biohybrid drug carrier of doxorubicin. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2021;197: 111445. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.111445
Ciobanu M., Pirvu L., Paun G., ... Parvulescu V. Development of a new (bio)hybrid matrix based on Althaea Officinalis and Betonica Officinalis extracts loaded into mesoporous silica nanoparticles for bioactive compounds with therapeutic applications. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2019;51: 605–613. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.03.040
Guo D., Ji X., Peng F., Zhong Y., Chu B., Su Y., He Y. Photostable and biocompatible fluorescent silicon nanoparticles for imaging-guided co-delivery of sirna and doxorubicin to drug-resistant cancer cells. Nano-Micro Letters. 2019;11: 27. https://doi.org/10.1007/s40820-019-0257-1
Gongalsky M. B., Sviridov A. P., Bezsudnova Yu. I., Osminkina L. A. Biodegradation model of porous silicon nanoparticles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2020;190: 110946. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.110946
Xu W., Tamarov K., Fan L., … Lehto V.-P. Scalable synthesis of biodegradable black mesoporous silicon nanoparticles for highly efficient photothermal therapy. ACS Applied Materials & Interfaces. 2018;10: 23529–23538. https://doi.org/10.1021/acsami.8b04557
Oleshchenko V. A., Kharin A. Yu., Alykova A. F., … Timoshenko V. Yu. Localized infrared radiationinduced hyperthermia sensitized by laserablated silicon nanoparticles for phototherapy applications. Applied Surface Science. 2020;516: 14566. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.145661
O’Farrell N., Houlton A., Horrocks B. R. Silicon nanoparticles: applications in cell biology and medicine. International Journal of Nanomedicine. 2006;1(4): 451–472. https://doi.org/10.2147/nano.2006.1.4.451
Ahire J. H., Behray M., Webster C. A., … Chao Y. Synthesis of carbohydrate capped silicon nanoparticles and their reduced cytotoxicity, in vivo toxicity, and cellular uptake. Advanced Healthcare Materials. 2015;4: 1877–1886. https://doi.org/10.1002/adhm.201500298
Juère E., Kleitz F. On the nanopore confinement of therapeutic drugs into mesoporous silicamaterials and its implications. Microporous and Mesoporous Materials. 2018;270: 109–119. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.04.031
Osminkina L. A., Gongalsky M. B., Motuzuk A. V., Timoshenko V. Y., Kudryavtsev A. A. Silicon nanocrystals as photo- and sono-sensitizers for biomedical applications. Applied Physics B. 2011;105: 665–668. https://doi.org/10.1007/s00340-011-4562-8
Parinova E. V., Antipov S. S., Belikov E. A., … Turishchev S. Y. TEM and XPS studies of bionanohybrid material based on bacterial ferritin-like protein Dps. Condensed Matter and Interphases. 2022;24(2): 265–272. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/9267
Shchukarev A., Backman E., Watts S., Salentinig S., Urban C. F., Ramstedt M. Applying Cryo-X-ray photoelectron spectroscopy to study the surface chemical composition of fungi and viruses. Frontiers in Chemistry. 2021;9: 666853. https://doi.org/10.3389/fchem.2021.666853
Shaposhnik A. V., Shaposhnik D. A., Turishchev S. Yu., … Morante J. R. Gas sensing properties of individual SnO2 nanowires and SnO2 sol–gel nanocomposites. Beilstein Journal of Nanotechnology. 2019;10: 1380–1390. https://doi.org/10.3762/bjnano.10.136
Koyuda D. A., Titova S. S., Tsurikova U. A., … Turishchev S. Yu. Composition and electronic structure of porous silicon nanoparticles after oxidation under air- or freeze-drying conditions. Materials Letters. 2022,312: 131608. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.131608
Osminkina L. A., Agafilushkina S. N., Kropotkina E. A., … Gambaryan A. S. Antiviral adsorption activity of porous silicon nanoparticles against different pathogenic human viruses. Bioactive Materials. 2022;7: 39–46. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.06.001
Lebedev A. M., Menshikov K. A., Nazin V. G., Stankevich V. G., Tsetlin M. B., Chumakov R. G. NanoPES photoelectron beamline of the Kurchatov Synchrotron Radiation Source. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2021;15(5): 1039–1044. https://doi.org/10.1134/S1027451021050335
John F. Moulder handbook of X-ray photoelectron spectroscopy. John F. Moulder [et.al]. Minnesota: Perkin-Elmer Corporation Physical Electronics Division; 1992. 261 p.
Crist B. V. Handbook of the elements and native oxide. XPS International, Inc., 1999.
NIST Standard Reference Database 71. NIST Electron Inelastic-Mean-Free-Path Database: Version 4.1. www.srdata.nist.gov/xps
Gonchar K. A., Zubairova A. A., Schleusener A., Osminkina L. A., Sivakov V. Optical properties of silicon nanowires fabricated by environment-friendly chemistry. Nanoscale Research Letters. 2016;11(1): 357. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1568-5
Georgobiani V. A., Gonchar K. A., Zvereva E. A., Osminkina, L. A. Porous silicon nanowire arrays for reversible optical gas sensing. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 2018;215(1): 1700565. https://doi.org/10.1002/pssa.201700565
Copyright (c) 2023 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
