Способ модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита



Способ модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита
Способ модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита
Способ модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита
Способ модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита

 


Владельцы патента RU 2522204:

Учреждение Российской академии наук Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН (RU)

Изобретение относится к способу модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита. Заявленный способ включает получение матрицы-контейнера, в качестве которой используют пористые микрочастицы карбоната кальция, формирование оболочки полиэлектролитных капсул путем последовательной адсорбции полиаллиламина и полистиролсульфоната и модификацию наночастицами магнетита на поверхности матрицы-контейнера или после растворения матрицы путем синтеза наночастиц магнетита методом химической конденсации. Заявленное изобретение обеспечивает получение модифицированных полиэлектролитных капсул, предназначенных для доставки лекарственных веществ, которые не оказывают вредного воздействия на организм человека. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области медицины и биотехнологии и предназначено для доставки лекарств с помощью полиэлектролитных капсул, модифицированных магнитными наночастицами.

Уникальные свойства магнитных наночастиц - высокая намагниченность и магнитная анизотропия, гигантское магнитосопротивление, аномально большой магнитокалорический эффект и др. [1] - привели к интенсивным разработкам в области синтеза этих объектов и активному развитию методов их исследования. Особый интерес связан с возможностями использования магнитных наночастиц в медицине и биотехнологии для доставки лекарственных препаратов [2], гипертермии [3, 4], повышения контраста оптической томографии [5, 6], разделения клеток [7]. Наиболее подходящими магнитными материалами для этих целей являются биосовместимые оксиды железа, в частности, оксид железа Fe3O4 - магнетит.

Доставка лекарственных веществ, в том числе адресная доставка, - актуальная задача современной медицины. Одним из эффективных и перспективных способов является доставки лекарств с помощью магнитных носителей ("магнитная доставка"). "Магнитная доставка" позволяет воздействовать на ограниченный, строго определенный участок организма, приводит к уменьшению количества вводимого функционального соединения, снижению концентрации лекарственных веществ в местах, не являющихся объектами воздействия, а следовательно, сводит к минимуму побочные эффекты препарата. Для осуществления "магнитной доставки" соединение либо ковалентно связывают с поверхностью наночастицы, либо помещают в капсулы-контейнеры, модифицированные магнитными частицами. Использование магнитных контейнеров, кроме того, что приводит к преимуществам собственно "магнитной доставки", способствует биодоступности препаратов, снижению их цитотоксичности, расширяет круг применимых лекарственных веществ.

Немногим более десяти лет назад для получения микроконтейнеров был предложен способ послойной адсорбции противоположно заряженных полиэлектролитов на поверхность коллоидных частиц, так называемый метод Layer-by-Layer [8]. Этот способ позволяет получать монодисперсные устойчивые капсулы с нанометровой проницаемой оболочкой из широкого диапазона полимеров, в том числе биосовместимых [9]. За счет электростатической адсорбции в процессе формирования оболочки капсулы в ее состав можно включать наночастицы, обладающие поверхностным зарядом. Таким способом полиэлектролитные капсулы были модифицированы наночастицами золота и серебра для дистанционного вскрытия оболочек воздействием лазерного излучения [10-12]. С помощью электростатической адсорбции наночастиц на поверхность оболочки полиэлектролитных капсул также проводили модификацию таких капсул наночастицами магнетита [13]. Однако для манипулирования капсулами с помощью магнитного поля их оболочки должны содержать большое количество магнитных наночастиц, что достигается лишь повторением стадии адсорбции частиц после формирования каждого противоположно заряженного полиэлектролитного слоя. Альтернатива этому - получение наночастиц непосредственно на оболочке капсулы. Наночастицы серебра и золота включали в оболочки полиэлектролитных капсул с помощью in situ синтеза, что позволило несколько ускорить и упростить методику создания нанокомпозитной капсулы [14, 15].

Известен способ получения микрокапсул с оболочками из полиаллиламина и наночастиц магнетита, включающий 1) получение матрицы-ядра - микрочастиц карбоната марганца; 2) создание с помощью метода послойной адсорбции на поверхности микрочастиц карбоната марганца оболочки, внутренний слой которой состоит из нитратного комплекса полиаллиламина, а внешний - из слоев полиаллиламина и полистиролсульфоната; 3) растворение матрицы-ядра из карбоната марганца в 0.1 М растворе HCl; 4) замену цитрат-ионов внутреннего слоя оболочки капсулы на гидроксил-ионы выдерживанием системы в 0.01 М растворе NaOH; 5) обработку полученных капсул раствором солей железа (II) и железа (III) для формирования наночастиц магнетита во внутреннем слое капсул; 6) удаление внешних слоев капсулы из полиаллиламина и полистиролсульфоната в высокощелочной среде (Shchukin D.G. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2003. V.42. P.4472). В известном способе наночастицы магнетита получаются за счет химической конденсации магнетита в щелочной среде внутренних слоев оболочки капсулы, созданной заменой цитрат-ионов на гидроксил-ионы. Получение магнитных наночастиц непосредственно в оболочке капсулы позволяет с одной стороны, привнести магнитные свойства, а с другой, придать большую механическую устойчивость по сравнению с обычными оболочками полиэлектролитных капсул.

Недостатками известного способа являются:

Использование карбоната марганца в качестве матрицы-ядра требует применения жестких условий для его растворения - соляной кислоты с рН 1.

Получение микрокапсул, модифицированных наночастицами магнетита - процесс многостадийный и сложный, связанный с формированием полиэлектролитной оболочки с различными типами слоев внешней и внутренней части, заменой ионов внутренней части оболочки, формированием магнетита и удалением внешних слоев.

Наночастицы магнетита модифицируют только внутреннюю часть оболочки полиэлектролитных капсул, поэтому для эффективного манипулирования капсулами с помощью магнитного поля необходимо удаление внешних слоев, которое требует использования высокощелочной среды.

Задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является предложение способа получения модифицированных полиэлектролитных капсул, которые можно использовать для доставки лекарственных веществ, позволяющего преодолеть указанные недостатки известного способа.

Техническим результатом является разработка простого и надежного способа получения модифицированных полиэлектролитных капсул, предназначенных для доставки лекарственных веществ, с использованием компонентов, не оказывающих вредного воздействия на организм человека.

Поставленные задача и технический результат достигаются тем, что в способе модификации полиэлектролитных капсул, предназначенных для доставки лекарственных веществ, включающем получение матрицы-контейнера, образование полиэлектролитной оболочки на поверхности матрицы-контейнера, модификацию полиэлектролитной оболочки на поверхности матрицы-контейнера или после растворения матрицы; матрицу-контейнер из карбоната кальция синтезируют в виде пористых микрочастиц. В качестве матрицы-контейнера используют пористые сферические микрочастицы карбоната кальция, полученные путем сливания водных растворов, содержащих ионы Са2+ и CO32-. Затем на поверхности названных микрочастиц осуществляют последовательную адсорбцию полиаллиламина и полистиролсульфоната с образованием оболочки полиэлектролитных капсул. Модификацию оболочки полиэлектролитных капсул проводят следующим образом: к раствору хлоридов двух- и трехвалентного железа приливают суспензию капсул с отрицательно заряженным внешним слоем, при перемешивании постепенно добавляют раствор аммиака, выдерживают при перемешивании, а затем осадок капсул с наночастицами отделяют центрифугированием и промывают водой. Растворение карбонатной матрицы проводят под действием этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) в нейтральных условиях, что особенно важно при работе со многими биологическими объектами. Поэтому карбонатные микрочастицы особенно привлекательны для формирования микрокапсул биологического и медицинского назначения.

Существо предлагаемого изобретения поясняется схемами и фотографиями, представленными на фигурах:

на фиг.1. Схема способа получения полиэлектролитных капсул с модифицированной оболочкой;

на фиг.2. Изображение частицы карбоната кальция, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии;

на фиг.3. Изображения водной суспензии капсул (ПАА/ПСС)4/Fe3O4: до (а) и после (б) воздействия магнита;

на фиг 4. Изображение наночастиц, располагающихся на оболочке полиэлектролитной капсулы, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии.

Схема операций по получению модифицированных полиэлектролитных капсул иллюстрируется фиг.1.

Первой операцией является синтез микрочастиц, являющихся ядром для последующего образования на их основе полиэлектролитных капсул. В качестве таких частиц были сформированы пористые частицы карбоната кальция.

Карбонат кальция.

Синтез пористых СаСО3 микрочастиц осуществляли путем непосредственного смешивания растворов, содержащих ионы Са2+ и CO32- [16]. При этом сначала образуется аморфный осадок из наночастиц СаСО3, а затем в объеме их агрегатов возникают центры роста микрочастиц. Экспериментальные условия, а именно тип используемых солей, их концентрация, рН, температура, скорость смешивания растворов и интенсивность перемешивания реакционной смеси, существенно влияют на качество полученных частиц.

На полученные микрочастицы карбоната кальция последовательно адсорбировали полиаллиламин и полистиролсульфонат путем поочередной инкубации при перемешивании названных микрочастиц в их водных растворах.

Для модификации оболочки полиэлектролитных капсул их суспензию приливали к раствору хлоридов двух- и трехвалентного железа, при перемешивании постепенно добавляли раствор аммиака, выдерживали при перемешивании, а затем осадок капсул с наночастицами отделяли центрифугированием и промывали водой.

Пример реализации способа.

Заранее сформированные микрочастицы карбоната кальция инкубировали в течение 15 мин в растворе полиаллиламин гидрохлорида (ПАА) при перемешивании на шейкере (IKA-VIBRAX-VXR, IKA, Германия). После инкубации микрочастицы промывали водным раствором NaCl. Далее проводили инкубацию в водном растворе полистиролсульфоната натрия (ПСС) при тех же условиях. Таким образом, процедура последовательной инкубации в растворах полимеров повторялась до получения капсул с оболочкой состава (ПАА/ПСС)4. Методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) в образце было выявлено наличие сферических частиц, покрытых оболочкой, размерами 2.5-4.5 мкм (фиг.2).

На оболочке полученных полиэлектролитных капсул осуществляли синтез наночастиц магнетита по методу Элмора [17], представляющего собой химическую конденсацию высокодисперсного магнетита, в основе которой лежит реакция:

2FeCl3+FeCl2+8NH4OH→Fe3O4↓+8NH4Cl+4H2O.

Для осуществления синтеза наночастиц магнетита in situ на поверхности полиэлектролитных капсул предварительно смешивали 1М растворы хлооидов двух- и трехвалентного в соотношении 1:2 и помещали в ультразвуковую ванну с термостатом (Sonorex Super 10Р, 35 кHz, 160/230W, Bandelin Electronics GmbH, Германия) при температуре 80°С до приобретения раствора цвета крепкого чая. Затем этот раствор приливали к суспензии капсул на ядрах СаСО3 (1.5×10-5 и 3×10-5 моль Fe2+ и Fe3+ соответственно на 108 частиц) при перемешивании реакционной смеси ультразвуком и температуре 80°С, и постепенно добавляли 28%-ный раствор аммиака до приобретения капсулами темно-коричневой, почти черной окраски. После выдерживания системы при той же температуре и перемешивании ультразвуком в течение 30 мин осадок капсул с наночастицами был отделен центрифугированием (ROTINA 38/38R, Hettich, Германия) и трижды промыт водой.

Полиэлектролитные капсулы из ПАА и ПСС к магнитному полю не восприимчивы. После проведения химической конденсации магнетита в суспензии капсул микрочастицы приобрели магнитные свойства - они быстро перемещаются в водной среде под действием внешнего магнитного поля (фиг.3).

При исследовании нанокомпозитных капсул методом порошковой дифракции (станция синхротронного излучения Белок с двумерным CCD-детектором Rayonix SX165, 2048×2048) было определено, что основная фаза наночастиц, синтезированных на оболочке полиэлектролитных капсул, представляет собой магнетит. С помощью ПЭМ после синтеза магнетита на оболочке наблюдались наночастицы двух форм (фиг.4) - октаэдрической, характерной для кристаллов магнетита, со стороной от 5 до 30 нм, и стержневидной, шириной в основном 5-10 нм и длиной около 100 нм.

Таким образом, in situ синтез наночастиц магнетита методом химической конденсации эффективно придает магнитные свойства полиэлектролитным капсулам - потенциальным средствам доставки лекарственных веществ. Способ достаточно прост, не требует использования высоких температур и токсичных соединений. Основная кристаллическая фаза синтезированных наночастиц представляет собой биосовместимый магнетит, что делает предложенный способ модификации капсул весьма перспективным для использования в медицине и биотехнологии.

Источники информации:

1. Губин С.П., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б. и др. // Успехи химии. 2005. Т.74. С.539.

2. Lubbe A.S., Alexiou C., Bergemann C. // J. Surg. Res. 2001. V.95. P.200.

3. Jordan A., Scholz R., Wust P. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 1999. V.201. P.413.

4. Брусенцов Н.А., Брусенцова Т.Н., Филинова Е.Ю. // Хим._фармацевт. журн. 2007. Т.41. №9. С.3.

5. Tiefenauer L.X., Tschirky A., Kuhne G., Andres R.Y. // Magn. Reson. Imaging 1996. V.14. P.391.

6. Брусенцов Н.А., Полянский В.А., Пирогов Ю.А. и др. // Хим._фармацевт. журн. 2010. Т.44. №6. С.7.

7. Zborowski M., Sun L., Moore L.R. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 1999. V.194. P.224.

8. Sukhorukov G.B., Donath E., Lichtenfeld H. et al. // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 1998. V.137. P.253.

9. De Geest B.G., De Koker S., Sukhorukov G.B. et al. // Soft Matter. 2009. V.5. P.282.

10. Skirtach A.G., Dejugnat C., Braun D. et al. // Nano Lett. 2005. V.5. P.1371.

11. Angelatos A.S., Radt В., Caruso F. // J. Phys. Chem. B. 2005. V.109. P.3071.

12. Букреева Т.В., Парахонский Б.В., Скиртач А.Г. и др. // Кристаллография. 2006. Т.51. №5. С.183.

13. Патент США №6479146, МПК A61K 9/51, опубл. 12.11.2002

14. Antipov A.A., Sukhorukov G.B., Fedutik Y.A. et al. // Langmuir. 2002. V.18. P.6687.

15. Koo H.Y., Choi W.S., Kim D.Y. // Small. 2008. V.4. P.742.

16. Volodkin D.V., Petrov A.I., Prevot M., Sukhorukov G.B. // Langmuir. 2004. V.20. P.3398-3406.

17. Elmore W.С. // Phys. Rew. 1938. V.54. P.309.

1. Способ модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита, включающий получение матрицы-контейнера, формирование оболочки полиэлектролитных капсул, ее модификацию наночастицами магнетита на поверхности матрицы-контейнера или после растворения матрицы, отличающийся тем, что в качестве матрицы-контейнера используют пористые микрочастицы карбоната кальция, а оболочку полиэлектролитных капсул, полученную последовательной адсорбцией полиаллиламина и полистиролсульфоната, модифицируют путем синтеза наночастиц магнетита методом химической конденсации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве основы-контейнера полиэлектролитных капсул, модифицированных наночастицами магнетита, используют пористые сферические микрочастицы карбоната кальция, полученные путем сливания водных растворов, содержащих ионы Са2+ и СО32-.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для модификации оболочек полиэлектролитных капсул к раствору хлоридов двух- и трехвалентного железа приливают суспензию капсул на ядрах СаСО3, при перемешивании ультразвуком и температуре 80°С постепенно добавляют раствор аммиака, выдерживают систему 30 мин в тех же условиях, осадок капсул с наночастицами отделяют центрифугированием и промывают водой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы.

Изобретение может быть использовано в медицине при производстве препаратов для послеоперационной поддерживающей терапии. Проводят термическое разложение метана в герметичной камере на подложках из кремния или никеля при давлении 10-30 Торр и температуре 1050-1150 °С.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается средства, обладающего противоинсультным действием и представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.
Изобретение относится к области полимерного материаловедения и может быть использовано в авиационной, аэрокосмической, автотранспортной и электронной промышленности.

Изобретение относится к области калибровки оптических цифровых и конфокальных микроскопов, растровых электронных микроскопов и сканирующих зондовых микроскопов при измерении микронных и нанометровых длин отрезков.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается антипсихотического средства, представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, обладающего повышенной эффективностью, и способа его получения.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается антиоксиданта, представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, обладающего повышенной эффективностью, и способа его получения.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается антидепрессанта, представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.

Изобретение относится к области медицины, в частности к фармакологии и фармацевтике, и касается анксиолитика, представляющего собой аминокислоту глицин, иммобилизованную на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, и способа его получения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к циклическому газовому азотированию легированных сталей с применением нанотехнологий, и может быть использовано при изготовлении штампов из сталей для горячего деформирования, работающих при высоких температурах в условиях горячего деформирования, прессования и ударных нагрузок.

Изобретение относится к автодорожной отрасли, к получению материалов дорожностроительного назначения с использованием вяжущего на основе битума с применением в качестве модификатора битума резиновой крошки из отходов резин общего, в том числе шинного назначения.

Изобретение может быть использовано в датчиках магнитного поля и тока, головках считывания с магнитных дисков и лент, устройствах диагностики печатных плат и микросхем, биообъектов (бактерий и вирусов), идентификации информации, записанной на магнитные ленты, считывания информации, записанной магнитными чернилами.

Группа изобретений относится к медицине, а более конкретно к лекарственному препарату, используемому в качестве фотосенсибилизатора (ФС), и к способу фотодинамической терапии с его использованием.

Изобретение относится к области квантовой электроники, а более конкретно - к активным лазерным средам. Активная лазерная среда включает наночастицы металла и люминофор, при этом в качестве активных лазерных центров используют наночастицы металлов, окруженные оболочкой, представляющей собой кремнезем и содержащей люминофор, спектр люминесценции которого перекрывается с пиком поверхностного плазмонного резонанса металлических наночастиц.

Использование: для определения амплитуды нановибраций. Сущность изобретения заключается в том, что освещают вибрирующий на частоте Ω объект лазерным излучением, преобразуют отраженное от объекта излучение в электрический автодинный сигнал, раскладывают сигнал в спектральный ряд, при этом лазерное излучение частотой ω0 модулируют с частотой Ω, равной частоте колебаний объекта, добиваются совпадения начальных фаз колебаний объекта и частотной модуляции лазера, измеряют амплитуду второй C2 и четвертой C4 гармоник спектра автодинного сигнала, по зависимости С2/С4(σ) вычисляют значение аргумента функции Бесселя первого рода σ, затем модулированным лазерным излучением освещают невибрирующий объект, измеряют значение амплитуд второй C2cal и четвертой C4cal гармоник спектра отраженного автодинного сигнала, по зависимости C2cal/C4cal(σM) вычисляют значение аргумента функции Бесселя первого рода σM, амлитуду нановибраций ξ находят по определенному математическому выражению.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений жидких и газообразных агрессивных сред в условиях воздействия широкого диапазона стационарных и нестационарных температур.

Изобретение относится к наноразмерным полупроводниковым структурам, содержащим систему квазиодномерных проводящих каналов, используемых для изготовления приборов наноэлектроники и нанофотоники.

Изобретение относится к строительным материалам. Технический результат - повышение износостойкости и химической стойкости пластинчатых элементов из природного или конгломератного камня.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой медьсодержащий целлюлозный материал, обладающий фунгицидными, бактерицидными и дезодорирующими свойствами, включающий целлюлозную матрицу с нанесенными на нее частицами меди, полученными химическим восстановлением ионов меди, адсорбированных в целлюлозной матрице, отличающийся тем, что восстановление ионов меди, адсорбированных в целлюлозной матрице, производят в мицеллярном растворе катионного ПАВ, материал содержит наночастицы меди и оксида меди размером 5-19 нм и имеет состав, масс.%: целлюлозная матрица 99,5-98,0, наночастицы меди 0,5-2,0.

Изобретение относится к мембранному фильтрующему элементу для очистки агрессивных жидкостей. Мембранный фильтрующий элемент состоит из полого пористого цилиндра 1 из керамического материала, днища 3 и крышки 4, установленных по торцам полого пористого цилиндра 1.
Изобретение относится к области микрокапсулирования лекарственных препаратов группы цефалоспоринов, относящихся к β-лактамным антибиотикам. Способ характеризуется тем, что в качестве оболочки микрокапсул используется конжаковая камедь, при этом к раствору конжака cerocon в бутиловом спирте добавляют препарат E472 в качестве поверхностно-активного вещества, а порошок антибиотика группы цефалоспоринов растворяют в воде и переносят его в раствор конжака cerocon в бутиловом спирте, после образования антибиотиком самостоятельной твердой фазы очень медленно по каплям добавляют карбинол и дистиллированную воду, полученную суспензию микрокапсул отфильтровывают ацетоном и сушат, процесс получения микрокапсул осуществляется при 25°C без специального оборудования, при этом соотношение карбинола и бутилового спирта составляет 1:3.
Наверх