Фотолюминесцентные пористые кремниевые нанонити как контрастные агенты для биовизуализации
Аннотация
Кремниевые нанонити (КНН) привлекают все больший интерес ввиду их уникальных структурных, оптических свойств и биосовместимости. Наиболее популярным методом сверху-вниз синтеза КНН является металл-стимулированное химическое травление (МСХТ) пластин кристаллического кремния (c-Si). В качестве катализатора в МСХТ обычно используют наночастицы серебра. Однако использование здесь биоинертных наночастиц золота (Au НЧ) может существенно улучшить характеристики КНН для их биомедицинских применений.
В представленной работе массивы КНН получены методом МСХТ, где в качестве катализатора использовали Au НЧ. Методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) показано, что при травлении пластин c-Si с удельным сопротивлением 1–5 мОм·см, получаются массивы 50 нм в диаметре пористых нанонитей, состоящих из мелких кремниевых нанокристаллов (нк-Si) и пор. Размер нк-Si рассчитан из спектров комбинационного рассеяния КНН и составляет около 4 нм.
Показано, что вследствие квантово-размерного эффекта в таких пористых КНН возможно возбуждение эффективной фотолюминесценции (ФЛ) с максимумом в красной области спектра. Вместе с тем, КНН характеризуются низкой токсичностью по отношению к раковым клеткам MCF-7, а ФЛ свойства КНН позволяют их использовать в качестве контрастных агентов для биовизуализации
Скачивания
Литература
Canham L. (Ed.). Handbook of porous silicon. Berlin, Germany: Springer International Publishing; 2018. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71381-6
Canham L. T. Nanoscale semiconducting silicon as a nutritional food additive. Nanotechnology. 2007;18: 185704. https://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/18/18/185704
Low S. P., Voelcker N. H., Canham L. T., Williams K. A. The biocompatibility of porous silicon in tissues of the eye. Biomaterials. 2009;30: 2873–2880. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.02.008
Gongalsky M. B., Tsurikova U. A., Gonchar K. A., Gvindgiliiia G. Z., Osminkina L. A. Quantumconfinement effect in silicon nanocrystals during their dissolution in model biological fluids. Semiconductors. 2021;55(1): 61–65. https://doi.org/10.1134/s1063782621010097
Maximchik P. V., Tamarov K., Sheval E. V., … Osminkina L. A. Biodegradable porous silicon nanocontainers as an effective drug carrier for regulation of the tumor cell death pathways. ACS Biomaterials Science & Engineering. 2019;5(11): 6063–6071. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.9b01292
Delerue C., Allan G., Lannoo M. Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon. Physical Review B. 1993;48: 11024. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.11024
Ledoux G., Guillois O., Porterat D., … Pillard V. Photoluminescence properties of silicon nanocrystals as a function of their size. Physical Review B. 2000;62: 15942. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.15942
Park J. H., Gu L., von Maltzahn G., Ruoslahti E., Bhatia S. N., Sailor M. J. Biodegradable luminescent porous silicon nanoparticles for in vivo applications. Nature Materials. 2009;8: 331–336. https://doi.org/10.1038/nmat2398
Tolstik E., Gongalsky M. B., Dierks J., … Lorenz K. Raman and fluorescence microspectroscopy applied for the monitoring of sunitinib-loaded porous silicon nanocontainers in cardiac cells. Frontiers in Pharmacology. 2022;13: 962763. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.962763
Gu L., Hall D. J., Qin Z., … Sailor M. J. In vivo time-gated fluorescence imaging with biodegradable luminescent porous silicon nanoparticles. Nature Communications. 2003;4: 2326. https://doi.org/10.1038/ncomms3326
Salonen J., Lehto V. P. Fabrication and chemical surface modification of mesoporous silicon for biomedical applications. Chemical Engineering Journal. 2008,137: 162–172. https://doi.org/10.1016/j.cej.2007.09.001
Gongalsky M. B., Kharin A. Y., Osminkina L. A., … Chung B. H. Enhanced photoluminescence of porous silicon nanoparticles coated by bioresorbable polymers. Nanoscale Research Letters. 2012;7: 1–7. https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-446
Canham L.T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers. Applied Physics Letters. 1990;57: 1046–1048. https://doi.org/10.1063/1.103561
Lehmann V., Stengl R., Luigart A. On the morphology and the electrochemical formation mechanism of mesoporous silicon. Materials Science and Engineering: B. 2000;69: 11–22. https://doi.org/10.1016/S0921-5107(99)00286-X
Gongalsky M. B., Kargina J. V., Cruz J. F., … Sailor M. J. Formation of Si/SiO2 Luminescent quantum dots from mesoporous silicon by sodium tetraborate/citric acid oxidation treatment. Frontiers in Chemistry. 2019;7: 165. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00165
Titova S. S., Osminkina L. A., Kakuliia … Turishchev S. Y. X-ray photoelectron spectroscopy of hybrid 3T3 NIH cell structures with internalized porous silicon nanoparticles on substrates of various materials. Condensed Matter and Interphases. 2023;25(1): 132-138. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10983
Peng K. Q., Hu J. J., Yan Y. J., … Zhu J. Fabrication of single-crystalline silicon nanowires by scratching a silicon surface with catalytic metal particles. Advanced Functional Materials. 2006;16(3): 387–394. https://doi.org/10.1002/adfm.200500392
Chiappini C., Liu X., Fakhoury J. R., Ferrari M. Biodegradable porous silicon barcode nanowires with defined geometry. Advanced Functional Materials. 2010;20(14): 2231–2239. https://doi.org/10.1002/adfm.201000360
Turishchev S. Yu., Terekhov V. A, Nesterov D. N. … Domashevskaya E. P. Electronic structure of silicon nanowires formed by MAWCE method. Condensed Matter and Interphases. . 2016;18(1): 130–141.
Available at: http://https://journals.vsu.ru/kcmf/article/view/117
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: 1–5. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1568-5
Tolstik E., Osminkina L. A., Akimov D., … Popp J. Linear and non-linear optical imaging of cancer cells with silicon nanoparticles. International Journal of Molecular Sciences. 2016;17(9): 1536. https://doi.org/10.3390/ijms17091536
Osminkina L. A., Sivakov V. A., Mysov G. A., … Timoshenko V. Yu. Nanoparticles prepared from porous silicon nanowires for bio-imaging and sonodynamic therapy. Nanoscale Research Letters. 2014; 9: 463. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-463
Osminkina L. A., Žukovskaja O., Agafilushkina S. N., … Sivakov V. Gold nanoflowers grown in a porous Si/SiO2 matrix: The fabrication process and plasmonic properties. Applied Surface Science. 2020;507: 144989. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144989
Akan R., Parfeniukas K., Vogt C., Toprak M. S.,Vogt, U. Reaction control of metal-assisted chemical etching for silicon-based zone plate nanostructures. RSC Advances. 2018;8(23): 12628–12634. https://doi.org/10.1039/C8RA01627E
Zi J., Zhang K., Xie X. Comparison of models for Raman spectra of Si nanocrystals. Physical Review B. 1997;55(15): 9263. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.9263
Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
