Матриці для адресної доставки ліків та візуального контролю лікування.

Виготовлення кремнієвих частинок можна здійснити наступним чином: формування шарів ПК за допомогою електрохімічного травлення, подрібнення шару обробкою ультразвуком. Після фільтрування отримана субстанція буде складатися з наночастинок необхідного розміру (діаметром близько 100 нм, що містять пори 3-10 нм). Підбираючи параметри процесу формування ПК можна добитися існування фотолюмінесценції цього ПК в ближній інфрачервоній частині спектру (650-900 нм), яка дуже зручна в роботі in vivo, оскільки ні тканини, ні органи не поглинають світло в цій області.

Безумовно в процесі розробки кремнієвих наносистем для використаня в біомедицині виникали деякі труднощі. Наприклад, деякі форми нанокремнію є гідрофобними, що утруднює отримання їх водних суспензій та вимагає додаткової обробки для надання матеріалу гідрофільних властивостей. Іноді застосовується покриття частинок полімерною оболонкою для зниження швидкості розчинення в організмі або для запобігання їх деградації під час зберігання до використання.

Схема формування/роботи наноконтейнера включає в себе капсулювання ліків в матриці наночастинок із ПК, доставка наночастинок в певну точку організму, вивільнення ліків в результаті розчинення ПК.

Слід зауважити, що швидкість вивільнення ліків залежить від морфології ПК (чим більша площа внутрішньої поверхні, тим активніше реагує ПК з водними середовищами) та пасивації поверхні ПК. Для біозастосувань використовують ПК, пасивований Si-H, Si-O, Si-C зв‘язками. Найвища швидкість розчинення у водних розчинах характерна для ПК, пасивованого Si-H зв‘язками, найбільш стабільним є ПК, пасивований Si-C зв‘язками. Отже, час вивільнення ліків можна змінювати в широкому діапазоні, варіюючи структуру та хімічне покриття поверхні ПК.

Розмір пор також може впливати на структуру речовини ліків, наприклад, знаходження в дуже малих порах може запобігти кристалізації речовини ліків, що іноді є негативним фактором, його намагаються уникнути.

Розглянемо детальніше способи заповнення наноконтейнерів ліками. Акумуляція ліків може здійснюватися за рахунок приєднання молекул ліків до лінкерів модифікованої поверхні пористої наноструктури. Якщо приєднувати їх до Si-O зв‘язків, то вивільнення ліків відбудеться легше, в порівнянні з випадком приєднання до Si-C зв‘язків.

Захват речовини ліків може бути здійснений при окисленні ПК. Ліки у молекулярному вигляді або у вигляді наночастинок можуть затримуватися у матриці ПК при частковому окисленні пористого шару Si. При окисленні відбувається збільшення об’єму матеріалу пористої матриці (перехід Si в SiO₂), що приводить до зменшення діаметру (об’єму) пор і блокування речовини ліків в певному місці в порах.

Захоплення позитивно заряджених ліків в пористий SiO₂ шар може бути здійснено при іонній адсорбції. Якщо пористий SiO₂ (окислений пористий Si) має негативний поверхневий заряд, молекули з позитивними зарядами будуть спонтанно адсорбуватися на внутрішніх стінках пор і поверхні. Цей метод зазвичай використовується для завантаження білків.

Візуальний контроль кількості ліків та ступеню деградації ПК можна здійснити з використанням оптичних властивостей пористого кремнію. Зміна показника заломлення композитної плівки (ПК + ліки) призводить до зсуву інтерференційних смуг Фабрі-Перо.

Іноді ПК використовується в якості шаблону для виготовлення наноструктурного композиту. Різноманітні розчинені або розплавлені органічні полімери і біополімери можуть бути занурені під тиском в пористу матрицю. Композит може бути використаний в такому вигляді або шаблон Si може бути видалений шляхом хімічного розчинення. Якщо шаблон видаляється, полімерні виливки часто копіюють наноструктуру шаблона. Такі структури використовуються в якості датчиків, оптичних фільтрів, що деформуються і набувають різних форм і, безпосередньо в якості “саморозсмоктучихся” матеріалів.

Оскільки матриця ПК, що складається з нанокристалічних доменів, є досить хрупкою, її використання (особливо коли матеріал піддається механічним навантаженням), є утрудненим. Для підвищення хімічної та механічної стійкості пористої кремнієвої матриці застосовують полімеризацію і «зшивання» пористої матриці Si. Каталітичні реакції генерують матрицю композитного пористого Si / полімеру, в якій полімер ковалентно приєднаний до поверхні пористого Si через Si-C зв'язки. Хімічна і механічна стійкості хімічно зшитої матриці пористого Si значно покращені в порівнянні з вихідним немодифікованим пористим Si.