Атты Республикалық ғылыми конференция материалдарының жинағы 4 сәуір 2022 жыл

60
УДК: 544.77, 547.1, 546.05 
ПОКРЫТЫЕ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКОЙ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ 
НАНОЧАСТИЦЫ Gd
x
Fe
3-x
O
4 
ДЛЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В 
ТЕРАНОСТИКЕ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ
 
ЗАБОЛЕВАНИЙ. 
Зиберт А.В
1,2
., Корольков И.В.
1
, Лисовская Л. И.
1
, Здоровец М.В.
1,2,3 
1
Институт Ядерной Физики, Алмата, Казахстан; 
2
Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева, Нур-Султан, Казахстан 
3
Уральский Федеральный Университет, г. Екатеринбург, Россия 
i.korolkov@inp.kz
  
Аңдатпа:
Бұл жұмыста gdxfe3-xO4 композициялық нанобөлшектерінің синтезі мен модификациясы 
көрсетілген. Алынған үлгілер СЭМ, ЭДА, ИҚ спектроскопиясының көмегімен талданды. Құрамында карборан 
бар қосылыстарды одан әрі бекіту қарастырылады. Онкологиялық аурулардың тераностикасы үшін ұсынылуы 
мүмкін МРТ және НЗТ үшін үлгілерді пайдалану мүмкіндігі бар. 
Түйінді сөздер:
Нейтронзахват терапиясы, дәрі-дәрмектерді жеткізу, Fe3O4 нанобөлшектері, силанами 
модификациясы.
1. Введение 
В силу того, что онкологические заболевания являются второй причиной смертности 
в мире, рак является актуальной проблемой. Традиционные методы, такие как хирургия или 
химиотерапия, могут быть инвазивными и нести негативные последствия для организма. Тем 
не менее, появляются новые методы, такие как радиотерапия, гипертермия, генная терапия и 
др. [1–3]. Из-за эффективности радиотерапии она используется в 50% случаев при лечении 
рака, однако существуют радиорезистивные опухоли требующие особого подхода [4,5].
Одним из таких подходов может стать нейтронзахватная терапия: некоторые изотопы 
доставляются к опухоли и облучаются потоком эпитепловых нейтронов. Полученные 
продукты реакции захвата нейтронов бомбардируют ДНК клетки, повреждая ее, тем самым 
инициируя процесс апоптоза. Из-за достаточно короткой длины пробега этих частиц в тканях 
здоровые ткани, окружающие опухоль, не будут повреждены. Учитывая вышесказанное, для 
НЗТ могут подойти изотопы 
10
В в силу большого сечения захвата тепловых нейтронов. 
Реакция захвата нейтрона представлена на схеме 1. 
Схема 1. Реакция 
10
В (n,α) 
7
Li 
Длина пробега α-частицы составляет ~ 4 мкм – 9 мкм, что меньше, чем диаметр 
клетки. Поэтому требуется высокая точность доставки изотопов к опухоли [6]. Также 
использование изотопов 
157
Gd вместе с изотопами 
10
B имеет синергетический эффект, в 
результате чего выживаемость раковых клеток уменьшается на 80-90% [7]. Это говорит о 
необходимости нового метода одновременной доставки изотопов 
10
B и 
157
Gd. Другая 
причина использования Gd это его свойство для улучшения контрастности МРТ. Снимок 
МРТ может быть сделан до облучения потоком нейтронов для диагностических целей а 
также определения области, куда были доставлены НЗТ агенты [8]. 
Доставка лекарств посредством наночастиц может помочь достичь лучшей 
эффективности излечения рака, включая НЗТ, в силу возможности инкапсулирования 
веществ, что защитит их от деградации, возможности проникать через гистогематические 

61
барьеры, высокому отношению поверхности к объему, возможности иммобилизировать 
вещества на поверхность посредством химической модификации [9]. 
В этой работе представлен метод синтеза наночастиц Gd
x
Fe
3-x
O
4 
покрытых 
кремнийорганической оболочкой и последующей функционализацией эпоксигруппами для 
дальнейшей иммобилизации карборанов.
2. Экспериментальная часть 
2.1 Синтез наночастиц Gd
x
Fe
3-x
O
4
. Наночастицы Gd
x
Fe
3-x
O
4 
были синтезированы 
методом химического соосаждения. 1.418 г FeCl
3
·6H
2
O и 3 г of Gd(NO
3
)
3·
6H
2
O были 
растворены в 100 мл деионизированной воды. Реакция проходила при сильном 
перемешивании и под потоком аргона при температуре 90 C. Далее по каплям был 
добавлен гидроксид аммония, пока pH реакции не стал равен 9. Реакция продолжалась 5 ч, 
после чего осадок был отделен и промыт в деионизированной воде. 
Далее наночастицы были модифицированы согласно схеме 2.
Схема 2. Пошаговая модификация наночастиц Gd
x
Fe
3-x
O
4
. 
2.2 Покрытие наночастиц тетраэтоксисиланом (ТЭОС). 1 г наночастиц Gd
x
Fe
3-x
O
4 
был 
с помощью ультразвука диспергирован в 200 мл этанола. Реакция проходила под потоком 
аргона и при сильном перемешивании. Далее было добавлено 6 мл ТЭОС и 10 мл гидроксида 
аммония. Реакция длилась 5 ч при 50 C. Продукт был отделен, промыт в этаноле и 
диэтиловом эфире. 
2.3 Функционализация поверхности наночастиц двойными С=С связями. 1 г 
наночастиц был диспергирован в 100 мл
o-
ксилола. Реакция проходила под потоком аргона 
при 70 C. После добавления триметоксисилипропилметакрилата (ТМСПМ) реакция 
длилась 5 ч. Продукт был отделен и промыт в 
о-
ксилоле. 
2.4 Прививочная полимеризация глицидилметакрилата (ГМА). 0.5 г наночастиц были 
диспергированы в 100 мл 
о
-ксилола. Реакция проходила под потоком аргона при сильном 
перемешивании. Далее было добавлено 4 мл ГМА и 0.05 г перекиси бензоила в качестве 
инициатора. Температура была доведена до 75 градусов и длилась 24 ч. Осадок был отделен 
и промыт в ацетоне и воде. 
3. Результаты и обсуждение 
Синтез наночастиц Gd
x
Fe
3-x
O
4
схож с синтезом наночастиц магнетита, однако в силу 
присутствия соли гадолиния, ионы гадолиния встраиваются в решетку. СЭМ снимки и 
распределение по размерам представлено на рисунке 1. 

62
(а) 
(б) 
Рисунок 1. СЭМ снимки наночастиц Gd
x
Fe
3-x
O
4 
(а), распределение по размеру (б) 
Из распределения видно, что средний размер составляет 33 нм, варьируясь при этом 
от 7 до 75 нм. После этого наночастицы были покрыты оболочкой из ТЭОС путем 
поликонденсации на гидроксигруппы, присутствующие на поверхности наночастиц Gd
x
Fe
3-
x
O
4
. Благодаря этой оболочке частицы менее подвержены деградации внутри тела человека, а 
также могут уменьшить токсичность гадолиния в структуре. СЭМ снимки показаны на 
рисунке 2. 
(а) 
(б) 
Рисунок 2. СЭМ снимки наночастиц Gd
x
Fe
3-x
O
4
-ТЭОС (а), распределение по размеру 
(б) 
Мы можем наблюдать увеличение среднего размера с 50 нм до 83 нм. Наблюдается 
повышенная тенденция к конгломерированию, возможно, из-за изменения зета-потенциала. 
Следующий шаг – модификация наночастиц ТМСПМ для функционализации 
поверхности двойными связями. Так, после отщепления метоксигрупп ТМСПМ 
прикрепляется к OH связям ТЭОС (Рисунок 3). 
(а) 
(б) 
Рисунок 3. СЭМ снимки наночастиц Gd
x
Fe
3-x
O
4
-ТЭОС-ТМСПМ (а), распределение по 
размеру (б) 
20
25
30
35
40
45
50
0
10
20
30
40
Количество
Размер, нм
60
70
80
90
100
110
120
0
5
10
15
20
25
30
35
Количество
Размер, нм
70
80
90 100 110 120 130 140
0
5
10
15
20
25
Количесво
Размер
, 
нм

63
После модификации ТМСПМ средний размер увеличился на 12% до 95 нм. 
Следующий шаг – термоинициируемая прививочная полимеризация ГМА. ГМА возможно 
прикрепить к двойным С=С связям по метакрильным группам, после чего возможно 
иммобилизировать карборансодержащие комплексы посредством эпоксигрупп ГМА [10]
(схема 3). 
Схема 3. Иммобилизация карборанов. 
ЭДА подтверждает формирование оболочек (Таблица 1) 
Таблица 1. Данные ЭДА 
Образец 
Ат. % 
Fe 
O 
Gd 
Si 
C 
Gd
x
Fe
3-x
O
4
20,55
40,23 
9,82 - 
- 
Gd
x
Fe
3-x
O
4
–ТЭОС
4,35 
47,20 
2,02 36,34 
6,53 
Gd
x
Fe
3-x
O
4
–ТЭОС- ТМСПМ 
1,88 
56,01 
1,15 20,93 
18,73 
Мы можем наблюдать изменение атомного состава при покрытии силанами. После 
модификации ТЭОС и ТМСПМ количество Si и C увеличилось до 20.93 и 18,73 ат. % 
соответственно. 
Образцы были изучены с помощью ИК-спектроскопии (рисунок 4).
Рисунок 4. ИК-спектры полученных образцов 
Покрытие наночастиц ТЭОС привело к появлению пиков на 1041 и 1150 см
-1
(Si-O-Si) 
и 913 см
-1
(Si-OH). Это может говорить о незавершенности реакции. Последующая 
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800
600
Abso
rb
an
ce
Wavenumber, cm
-1
Gd
x
Fe
3-X
O
4
/TEOS
Gd
x
Fe
3-X
O
4
/TEOS/TMSPM
Gd
x
Fe
3-X
O
4
/TEOS/TMSPM/GMA
C=O
C=O
C=C
Si-O-SiSi-OH
Epoxy 
Si-OH
Si-O-Si
Волновое число, см
-1
Пог
л
ощ
ение

64
модификация ТМСПМ ведет к появлению пиков С=О групп на 1728 см
-1
и пиков С=С групп 
на 1640 см
-1
ИК-спектроскопия так же подтверждает прививку ГМА, так как появились пики 
эпоксидных групп на 890 см
-1 
. Таким образом, данные ИК спектроскопии говорят о 
прохождении химических реакций показанных на схеме 2.
3. Заключение 
Средний размер частиц составляет 95 нм. Формирование и модификация оболочек 
была подтверждена СЭМ, ЭДА и ИК-спектроскопией. После модификации карборанами эти 
наночастицы возможно использовать для НЗТ и МРТ, так что могут рассматриваться как 
вещества для тераностики рака. 
Данное исследование профинансировано Министерством Науки и Образования, (грант 
No AP08051954) 

жүктеу/скачать 12,12 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: