Кавитационная активность водных суспензий пористых кремниевых наночастиц с различной степенью гидрофобности поверхности

Егошина В. Д.; Гонгальский М. Б.; Цурикова У. А.; Свиридов А. П.; Осминкина Л. А.; Андреев В. Г.

doi:10.31857/S032079192260038X

Кавитационная активность водных суспензий пористых кремниевых наночастиц с различной степенью гидрофобности поверхности

Authors: Егошина В.¹, Гонгальский М.¹, Цурикова У.¹, Свиридов А.¹, Осминкина Л.¹^,2, Андреев В.¹
Affiliations:
1. Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет, кафедра акустики
2. Институт биологического приборостроения РАН
Issue: Vol 69, No 1 (2023)
Pages: 92-100
Section: АКУСТИКА ЖИВЫХ СИСТЕМ. БИОМЕДИЦИНСКАЯ АКУСТИКА
URL: https://journals.rcsi.science/0320-7919/article/view/134381
DOI: https://doi.org/10.31857/S032079192260038X
EDN: https://elibrary.ru/DAPXSE
ID: 134381

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Исследована зависимость порогов акустической кавитации в водных суспензиях наночастиц пористого кремния (пКНЧ) от степени гидрофобности их поверхности. Наночастицы со средним размером 100 нм изготавливались механическим измельчением пленок пористого кремния (ПК) в этаноле. Согласно данным ИК-спектроскопии, такие пКНЧ исходно характеризуются гидрофильной поверхностью. Для получения амфифильных (гидрофобно-гидрофильных) наночастиц, пленки ПК перед измельчением гидрофобизировались путем модификации поверхности октадецилсиланом. При измельчении в этаноле гидрофобных пленок ПК до наночастиц, происходит разрыв кремний-кремниевых связей с последующим их окислением, за счет чего поверхность частично гидрофилизируется. Показано, что порог акустической кавитации в суспензиях амфифильных пКНЧ существенно снижается по сравнению с гидрофильными КНЧ. Величина порога акустической кавитации в суспензии амфифильных наночастиц с концентрацией 1 мг/мл оставалась практически постоянной в течение 5 дней. Полученные результаты важны для разработки методов сонодинамической терапии раковых заболеваний с использованием пКНЧ.

Keywords

акустическая кавитация, пористые кремниевые наночастицы, пористый кремний, ультразвук, гидрофобность

References

Anglin E.J., Cheng L., Freeman W.R., Sailor M.J. Porous silicon in drug delivery devices and materials // Advanced drug delivery reviews. 2008. V. 60. №. 11. P. 1266−1277. https://doi.org/10.1016/j.addr.2008.03.017
Maximchik P.V., Tamarov K., Sheval E.V., Tolstik E., Kirchberger-Tolstik T., Yang Z., Sivakov V., Zhivotovsky B., 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. V. 5. № 11. P. 6063−6071. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.9b01292
Osminkina L.A., Nikolaev A.L., Sviridov A.P., Andronova N.V., Tamarov K.P., Gongalsky M.B., Kudryavtsev A.A., Treshalina H.M., Timoshenko V.Y. Porous silicon nanoparticles as efficient sensitizers for sonodynamic therapy of cancer // Microporous and Mesoporous Materials. 2015. V. 210. P. 169−175. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.02.037
Tamarov K., Sviridov A., Xu W., Malo M., Andreev V., Timoshenko V., Lehto V.-P. Nano air seeds trapped in mesoporous janus nanoparticles facilitate cavitation and enhance ultrasound imaging // ACS applied materials & interfaces. 2017. V. 9. № 40. P. 35234−35243. https://doi.org/10.1021/acsami.7b11007
Sviridov A., Tamarov K., Fesenko I., Xu W., Andreev V., Timoshenko V., Lehto V.-P. Cavitation Induced by Janus-Like Mesoporous Silicon Nanoparticles Enhances Ultrasound Hyperthermia // Frontiers in chemistry. 2019. V. 7. P. 393. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00393
Montoya M.J., Wu L., Sabuncu S., Sapre A., Civitci F., Ibsen S., Esener S., Yildirim A. Gas-stabilizing sub-100 nm mesoporous silica nanoparticles for ultrasound theranostics // ACS omega. 2020. V. 5. № 38. P. 24762−24772. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03377
Gongalsky M.B., Pervushin N.V., Maksutova D.E., Tsurikova U.A., Putintsev P.P., Gyuppenen O.D., Evstratova Y.V., Shalygina O.A., Kopeina G.S., Kudryavtsev A.A., Zhivotovsky B., Osminkina L.A. Optical monitoring of the biodegradation of porous and solid silicon nanoparticles // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 9. P. 2167. https://doi.org/10.3390/nano11092167
Atchley A.A., Prosperetti A. The crevice model of bubble nucleation // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 86. № 3. P. 1065−1084. https://doi.org/10.1121/1.398098
Giacomello A., Roth R. Bubble formation in nanopores: a matter of hydrophobicity, geometry, and size // Advances in Physics: X. 2020. V. 5. № 1. 1817780. https://doi.org/10.1080/23746149.2020.1817780
Borkent B.M., Gekle S., Prosperetti A., Lohse D. Nucleation threshold and deactivation mechanisms of nanoscopic cavitation nuclei // Physics of fluids. 2009. V. 21. № 10. 102003. https://doi.org/10.1063/1.3249602
Simon J.C., Sapozhnikov O.A., Kreider W., Breshock M., Williams J.C., Bailey M.R. The role of trapped bubbles in kidney stone detection with the color Doppler ultrasound twinkling artifact // Phys. Med. Biol. 2018. V. 63. № 2. 025011. https://doi.org/10.1088/1361-6560/aa9a2f
Леонов Д.В., Кульберг Н.С., Громов А.И., Морозов С.П., Ким С.Ю. Исследование причин возникновения мерцающего артефакта в доплеровских режимах ультразвукового диагностического устройства // Акуст. журн. 2018. Т.64. №1. С. 100-111.
Акуличев В.А., Ильичев В.И. Пороги акустической кавитации в морской воде в различных районах мирового океана // Акуст. журн. 2005. Т. 51. № 2. С. 167−179.