stringtranslate.com

Sílice mesoporosa

Imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM, arriba) y microscopía electrónica de barrido (SEM) de nanopartículas de sílice mesoporosa . [1]

La sílice mesoporosa es una forma de sílice que se caracteriza por su estructura mesoporosa , es decir, por tener poros que van desde los 2 nm hasta los 50 nm de diámetro. Según la terminología de la IUPAC , la mesoporosidad se sitúa entre lo microporoso (<2 nm) y lo macroporoso (>50 nm). La sílice mesoporosa es un desarrollo relativamente reciente en nanotecnología . Los tipos más comunes de nanopartículas mesoporosas son MCM-41 y SBA-15 . [2] La investigación continúa sobre las partículas, que tienen aplicaciones en catálisis , administración de fármacos y obtención de imágenes . [3] También se han obtenido películas de sílice mesoporosa ordenadas con diferentes topologías de poros. [4]

Un compuesto que produce sílice mesoporosa fue patentado alrededor de 1970. [5] [6] [7] Pasó casi desapercibido [8] y fue reproducido en 1997. [9] Las nanopartículas de sílice mesoporosa (MSN) fueron sintetizadas de forma independiente en 1990 por investigadores en Japón. [10] Más tarde se produjeron también en los laboratorios de Mobil Corporation [11] y se denominaron Mobil Composition of Matter (o Mobil Crystalline Materials, MCM). [12]

Seis años después, en la Universidad de California, Santa Bárbara , se produjeron nanopartículas de sílice con poros mucho más grandes (de 4,6 a 30 nanómetros) . [13] El material se denominó material de tipo amorfo de Santa Bárbara o SBA-15 . Estas partículas también tienen una disposición hexagonal de poros.

Los investigadores que inventaron este tipo de partículas planearon utilizarlas como tamices moleculares . Hoy en día, las nanopartículas de sílice mesoporosas tienen muchas aplicaciones en medicina , biosensores , [14] almacenamiento de energía térmica, [15] filtración de agua/gas [16] y obtención de imágenes.

Síntesis

Viales de sílice mesoporosa
Imagen TEM de una nanopartícula de sílice mesoporosa

Las nanopartículas de sílice mesoporosas se sintetizan haciendo reaccionar el ortosilicato de tetraetilo con una plantilla hecha de varillas micelares. El resultado es una colección de esferas o varillas de tamaño nanométrico que están llenas de una disposición regular de poros. La plantilla se puede eliminar luego lavándola con un solvente ajustado al pH adecuado . [3]

Las partículas mesoporosas también se pueden sintetizar utilizando un método sol-gel simple [1] como el proceso Stöber , o un método de secado por aspersión. [17] El ortosilicato de tetraetilo también se utiliza con un monómero polimérico adicional (como plantilla).

Sin embargo, el TEOS no es el precursor más eficaz para sintetizar dichas partículas; un precursor mejor es el (3-mercaptopropil)trimetoxisilano, a menudo abreviado como MPTMS. El uso de este precursor reduce drásticamente la posibilidad de agregación y garantiza esferas más uniformes. [18]

Entrega de medicamentos

La gran superficie de los poros permite que las partículas se llenen de un fármaco o una citotoxina . Como un caballo de Troya , las partículas serán absorbidas por ciertas células biológicas a través de la endocitosis , dependiendo de qué sustancias químicas estén adheridas al exterior de las esferas. Algunos tipos de células cancerosas absorberán más partículas que las células sanas, lo que da a los investigadores la esperanza de que algún día se utilice el MCM-41 para tratar ciertos tipos de cáncer. [3] [19] [20]

La sílice mesoporosa ordenada (por ejemplo, SBA-15, [21] TUD-1, [22] HMM-33, [1] y FSM-16 [23] ) también muestra potencial para aumentar la disolución in vitro e in vivo de fármacos poco solubles en agua. Muchos fármacos candidatos que surgen del descubrimiento de fármacos sufren de una mala solubilidad en agua. Una disolución insuficiente de estos fármacos hidrófobos en los fluidos gastrointestinales limita fuertemente la biodisponibilidad oral. Un ejemplo es el itraconazol , que es un antimicótico conocido por su baja solubilidad en agua. Tras la introducción de la formulación de itraconazol en SBA-15 en fluidos gastrointestinales simulados, se obtiene una solución sobresaturada que da lugar a un mejor transporte intestinal transepitelial. [24] También se ha demostrado in vivo (conejos y perros) la captación eficiente en la circulación sistémica del itraconazol formulado con SBA-15. [25] Este enfoque basado en SBA-15 produce formulaciones estables [26] y se puede utilizar para una amplia variedad de compuestos poco solubles en agua. [27]

Biosensores

La estructura de estas partículas permite que se llenen con un colorante fluorescente que normalmente no podría atravesar las paredes celulares. Luego, el material MSN se recubre con una molécula que es compatible con las células objetivo. Cuando se añaden las MSN a un cultivo celular, transportan el colorante a través de la membrana celular. Estas partículas son ópticamente transparentes, por lo que el colorante se puede ver a través de las paredes de sílice. El colorante en las partículas no tiene el mismo problema de autoextinción que un colorante en solución. Los tipos de moléculas que se injertan en el exterior de las MSN controlarán qué tipos de biomoléculas se permiten dentro de las partículas para interactuar con el colorante. [28] [29]

Véase también

Referencias

  1. ^ abc Nandiyanto, Asep Bayu Dani; Kim, Soon-Gil; Iskandar, Ferry; Okuyama, Kikuo (2009). "Síntesis de nanopartículas de sílice con mesoporos y diámetros externos controlables a escala nanométrica". Materiales microporosos y mesoporosos . 120 (3): 447–453. doi :10.1016/j.micromeso.2008.12.019.
  2. ^ Katiyar, Amit; Yadav, Santosh; Smirniotis, Panagiotis G.; Pinto, Neville G. (julio de 2006). "Síntesis de partículas esféricas ordenadas de poros grandes SBA-15 para adsorción de biomoléculas". Revista de cromatografía A. 1122 (1–2): 13–20. doi :10.1016/j.chroma.2006.04.055. ISSN  0021-9673. PMID  16716334.
  3. ^ abc Trewyn, Brian G; Nieweg, Jennifer A; Zhao, Yannan; Lin, Victor S.-Y. (2007). "Nanopartículas de sílice mesoporosas biocompatibles con diferentes morfologías para la penetración de la membrana celular animal". Revista de ingeniería química . 137 (1): 23–29. doi :10.1016/j.cej.2007.09.045.
  4. ^ Innocenzi, Plinio (2022). Películas de sílice ordenadas mesoporosas. Del autoensamblaje al orden. Avances en materiales y tecnologías derivados de sol-gel. Springer. doi :10.1007/978-3-030-89536-5. ISBN 978-3-030-89535-8. Número de identificación del sujeto  245147740.
  5. ^ Chiola, V.; Ritsko, JE y Vanderpool, CD "Proceso para producir sílice de baja densidad aparente". Solicitud n.º US 3556725D A presentada el 26 de febrero de 1969; publicación n.º US 3556725 A publicada el 19 de enero de 1971
  6. ^ "Partículas de sílice porosas que contienen una fase cristalizada y método" Solicitud n.º US 3493341D A presentada el 23 de enero de 1967; Publicación n.º US 3493341 A publicada el 3 de febrero de 1970
  7. ^ "Proceso para producir sílice en forma de esferas huecas"; Solicitud N° US 342525 A presentada el 04-Feb-1964; Publicación N° US 3383172 A publicada el 14-May-1968
  8. ^ Xu, Ruren; Pang, Wenqin; Yu, Jihong (2007). Química de zeolitas y materiales porosos relacionados: síntesis y estructura. Wiley-Interscience. pág. 472. ISBN 978-0-470-82233-3.
  9. ^ Direnzo, F; Cambon, H; Dutartre, R (1997). "Una síntesis de sílice mesoporosa con plantilla micelar de hace 28 años". Materiales microporosos . 10 (4–6): 283–286. doi :10.1016/S0927-6513(97)00028-X.
  10. ^ Yanagisawa, Tsuneo; Shimizu, Toshio; Kuroda, Kazuyuki; Kato, Chuzo (1990). "La preparación de complejos de alquiltrimetilamonio-kanemita y su conversión en materiales microporosos". Boletín de la Sociedad Química de Japón . 63 (4): 988–992. doi : 10.1246/bcsj.63.988 .
  11. ^ Beck, JS; Vartuli, JC; Roth, WJ; Leonowicz, ME; Kresge, CT; Schmitt, KD; Chu, CTW; Olson, DH; Sheppard, EW (1992). "Una nueva familia de tamices moleculares mesoporosos preparados con plantillas de cristal líquido". Revista de la Sociedad Química Americana . 114 (27): 10834–10843. doi :10.1021/ja00053a020.
  12. ^ Trewyn, BG; Slowing, II; Giri, S; Chen, HT; Lin, VS (2007). "Síntesis y funcionalización de una nanopartícula de sílice mesoporosa basada en el proceso sol-gel y aplicaciones en liberación controlada". Accounts of Chemical Research . 40 (9): 846–853. doi :10.1021/ar600032u. PMID  17645305.
  13. ^ Zhao, Dongyuan; Feng, Jianglin; Huo, Qisheng; Melosh, Nicholas; Fredrickson, Glenn H.; Chmelka, Bradley F.; Stucky, Galen D. (1998). "Síntesis de copolímeros tribloque de sílice mesoporosa con poros periódicos de 50 a 300 angstroms". Science . 279 (5350): 548–52. Bibcode :1998Sci...279..548Z. doi :10.1126/science.279.5350.548. PMID  9438845.
  14. ^ Valenti G, Rampazzo R, Bonacchi S, Petrizza L, Marcaccio M, Montalti M, Prodi L, Paolucci F (2016). "El dopaje variable induce intercambio de mecanismos en la quimioluminiscencia electrogenerada de nanopartículas de sílice de núcleo-capa Ru(bpy)32+". J. Am. Chem. Soc . 138 (49): 15935–15942. doi :10.1021/jacs.6b08239. hdl : 11585/583548 . PMID  27960352.
  15. ^ Mitran, Raul−Augustin; Berger, Daniela; Munteanu, Cornel; Matei, Cristian (2015). "Evaluación de diferentes soportes de sílice mesoporosa para el almacenamiento de energía en materiales de cambio de fase estabilizados en forma con respuestas térmicas duales". The Journal of Physical Chemistry C . 119 (27): 15177–15184. doi :10.1021/acs.jpcc.5b02608.
  16. ^ Ghajeri, Farnaz; Topalian, Zareh; Tasca, Andrea; Jafri, Syed Hassan Mujtaba; Leifer, Klaus; Norberg, Peter; Sjöström, Christer (1 de agosto de 2018). "Estudio de caso de un material nanoporoso verde desde la síntesis hasta la comercialización: Quartzene®". Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry . 12 : 101–109. doi :10.1016/j.cogsc.2018.07.003. ISSN  2452-2236. S2CID  139146490.
  17. ^ Nandiyanto, ABD; Iskandar, F. y Okuyama, K. (2008). "Preparación de partículas de sílice mesoporosas mediante el uso de partículas de polímero de tamaño nanométrico mediante un método de pulverización". Chemistry Letters . 37 (10): 1040–1041. doi :10.1246/cl.2008.1040.
  18. ^ Sivanandini, M.; Dhami, Sukhdeep S.; Pabla, BS; Gupta, MK (enero de 2014). "Efecto del 3-mercaptopropiltrimetoxisilano en el acabado superficial y la tasa de eliminación de material en el pulido químico mecánico". Procedia Materials Science . 6 : 528–537. doi : 10.1016/j.mspro.2014.07.067 .
  19. ^ Roggers, Robert; Kanvinde, Shrey; Boonsith, Suthida; Oupický, David (1 de octubre de 2014). "La viabilidad de las nanopartículas de sílice mesoporosas como dispositivos de administración de fármacos y el progreso hacia este objetivo". AAPS PharmSciTech . 15 (5): 1163–1171. doi :10.1208/s12249-014-0142-7. ISSN  1530-9932. PMC 4179667 . PMID  24871552. 
  20. ^ Wani, Amit; Savithra, Galbokka H. Layan; Abyad, Ayat; Kanvinde, Shrey; Li, Jing; Brock, Stephanie; Oupický, David (23 de mayo de 2017). "PEGilación de la superficie de nanobarras de sílice mesoporosa (MSNR): efecto sobre la carga, liberación y administración de mitoxantrona en células cancerosas hipóxicas". Scientific Reports . 7 (1): 2274. doi :10.1038/s41598-017-02531-4. ISSN  2045-2322. PMC 5442097 . PMID  28536462. 
  21. ^ Mellaerts, Randy; Aerts, Caroline A.; Humbeeck, Jan Van; Augustijns, Patrick; Den Mooter, Guy Van; Martens, Johan A. (2007). "Liberación mejorada de itraconazol a partir de materiales de sílice SBA-15 mesoporosos ordenados". Chemical Communications (13): 1375–7. doi :10.1039/b616746b. PMID  17377687.
  22. ^ Heikkila, T; Salonen, J; Tuura, J; Hamdy, M; Mul, G; Kumar, N; Salmi, T; Murzin, D; et al. (2007). "Material de sílice mesoporosa TUD-1 como sistema de administración de fármacos". Revista Internacional de Farmacéutica . 331 (1): 133–8. doi :10.1016/j.ijpharm.2006.09.019. PMID  17046183.
  23. ^ Tozuka, Yuichi; Wongmekiat, Arpansiree; Kimura, Kyoko; Moribe, Kunikazu; Yamamura, Shigeo; Yamamoto, Keiji (2005). "Efecto del tamaño de poro de FSM-16 en el atrapamiento de flurbiprofeno en estructuras mesoporosas". Chemical & Pharmaceutical Bulletin . 53 (8): 974–977. doi : 10.1248/cpb.53.974 . PMID  16079530.
  24. ^ Mellaerts, Randy; Mols, Raf; Kayaert, Pieterjan; Annaert, Pieter; Van Humbeeck, Jan; Van Den Mooter, Guy; Martens, Johan A.; Augustijns, Patrick (2008). "La sílice mesoporosa ordenada induce una supersaturación independiente del pH del compuesto básico de baja solubilidad itraconazol, lo que resulta en un transporte transepitelial mejorado". Revista internacional de farmacia . 357 (1–2): 169–79. doi :10.1016/j.ijpharm.2008.01.049. PMID  18325700.
  25. ^ Mellaerts, Randy; Mols, Raf; Jammaer, Jasper AG; Aerts, Caroline A.; Annaert, Pieter; Van Humbeeck, Jan; Van Den Mooter, Guy; Augustijns, Patrick; Martens, Johan A. (2008). "Aumento de la biodisponibilidad oral del fármaco poco soluble en agua itraconazol con sílice mesoporosa ordenada". Revista Europea de Farmacia y Biofarmacia . 69 (1): 223–30. doi :10.1016/j.ejpb.2007.11.006. PMID  18164930.
  26. ^ Mellaerts, Randy; Houthoofd, Kristof; Elen, Ken; Chen, Hong; Van Speybroeck, Michiel; Van Humbeeck, Jan; Augustijns, Patrick; Mullens, Jules; Van Den Mooter, Guy; Martens, Johan A. (2010). "Comportamiento de envejecimiento de formulaciones farmacéuticas de itraconazol en material portador de sílice mesoporoso ordenado SBA-15". Materiales microporosos y mesoporosos . 130 (1–3): 154–161. doi :10.1016/j.micromeso.2009.10.026.
  27. ^ Van Speybroeck, Michiel; Barillaro, Valéry; Thi, Thao Do; Mellaerts, Randy; Martens, Johan; Van Humbeeck, Jan; Vermant, Jan; Annaert, Pieter; et al. (2009). "Material de sílice mesoporoso ordenado SBA-15: una plataforma de formulación de amplio espectro para fármacos poco solubles". Revista de Ciencias Farmacéuticas . 98 (8): 2648–58. doi :10.1002/jps.21638. PMID  19072861.
  28. ^ Trewyn, Brian G; Supratim, Giri; Slowing, Igor I; Lin, Victor S.-Y. (2007). "Liberación controlada, administración de fármacos y sistemas de biosensores basados ​​en nanopartículas de sílice mesoporosas". Chemical Communications (31): 3236–3245. doi :10.1039/b701744h. PMID  17668088.
  29. ^ Radu, Daniela R; Lai, Chen-Yu; Jeftinija, Ksenija; Rowe, Eric W; Jeftinija, Srdija y Lin, Victor S.-Y. (2004). "Un reactivo de transfección génica basado en nanoesferas de sílice mesoporosas cubiertas con dendrímero de poliamidoamina". Journal of the American Chemical Society . 126 (41): 13216–13217. doi :10.1021/ja046275m. PMID  15479063.
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Sílice mesoporosa .