Диссертация (1103804), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Технология, разработанная И. Ленгмюром иК. Блоджетт, позволяет формировать на границе раздела газовой и жидкойфаз планарные молекулярные и композитные наносистемы, включающиеразличныефункциональныемолекулы,неорганическиекластерыинаночастицы [45 – 47].
Ленгмюровская техника делает возможным также16изучение физико-химических свойств монослоев при их взаимодействии скомпонентамиводнойфазыи,крометого,позволяетпереноситьмономолекулярный слой с поверхности жидкости на твердую подложку [48 –50].Типичная установка по формированию ленгмюровских монослоев –ванна Ленгмюра-Блоджетт включает емкость, заполненную водной субфазой,подвижные барьеры и весы Вильгельми, измеряющие поверхностноедавление монослоя (рис. 5).Рис. 5 – Схематическое изображение установки Ленгмюра-Блоджеттпо формированию мономолекулярных слоевВ результате сжатия мономолекулярный слой амфифильных молекул,как правило, проходит четыре фазовых состояния: газовую, жидкую,жидкокристаллическую, кристаллическую, которые зависят от структуры итипа амфифильного вещества, состава и уровня рН водной субфазы,температуры и т.д.
(рис. 6)17Рис.6 – Характерный вид изотермы сжатия для амфифильных молекулПоверхностное давление (π) монослоя можно представить, какразность между силой, действующей на пластинку, погруженную в чистуюводу, и силой, действующей на туже пластинку, погруженную в воду (рис.
7),поверхность которой покрыта монослоем. В обоих случаях разность сил,действующих на пластинку будет определяться изменением поверхностногонатяжения водной поверхности при нанесении на неё амфифильноговещества.Рис. 7 – Схематическое изображение пластинки весов Вильгельми,касающейся водной поверхности.
l, d, h – длина, ширина и глубинапогружения в воду пластинки соответственно∆F = 2 (σ′ – σ)(d + h),где F – сила тяжести, ΄ – поверхностное натяжение чистой воды, –поверхностное натяжение водной поверхности с нанесенным слоем18амфифильного вещества, d, h – ширина и глубина погружения в воду,измеряющей пластинки весов Вильгельми (рис. 7).Таким образом, поверхностное давление можно определить, какπ=∆mg2d,где m – величина, измеряемая весами Вильгельми.Анализируя полученную в процессе формирования ленгмюровскогомонослоя изотерму сжатия, можно определить площади водной поверхности,приходящиеся на одну молекулу, а также поверхностное давление монослояв каждом из фазовых состояний.
А при переносе монослоя на твердуюподложку возможно проведение характеризаци его структуры различнымиметодами микроскопии: АСМ, СТМ (рис. 8).Рис. 8 – Схематическое изображение переноса ленгмюровскогомонослоя на твердую подложку вертикальным и горизонтальным лифтомТехнология Ленгмюра-Блоджетт является важнейшим инструментомисследования амфифильных молекул и формирования моно и мультислоев наих основе. При добавлении в водную субфазу различных компонент:наночастиц, полимерных молекул и пр. формируются нанокомпозитныепланарные структуры.Поверхность плотноупакованного монослоя амфифильных молекулявляется схожей с поверхностью клеточной мембраны или липосомы. Вкачестве амфифильных веществ могут выступать липиды схожие свеществами, входящих в состав клеточных мембран, или формирующими19мембрану липосомальных везикул.
Таким образом, технология ЛенгмюраБлоджеттявляетсяуниверсальныминструментомформированияиисследования амфифильных веществ и биомиметических систем на ихоснове, схожих с клеточными мембранами и липосомами на границе разделафаз в различных условиях (рН, температура) и их взаимодействия скомпонентами водной субфазы: наночастицами, полимерными соединениямии т.д.1.3 Липосомы и их функционализацияЛипосомы – это биомиметические мембранные везикулы на основелипидов или других амфифильных веществ, структура и свойства молекулкоторых обуславливает их самоорганизацию в водной среде в замкнутыебислои.
Липосомы могут состоять из одной (моноламелярные) илинескольких замкнутых бислойных мембран (мультиламелярные) (рис. 9).Рис. 9 – Схематическое изображение липосом. Слева –моноламелярная, справа – мультиламелярная липосомаМультиламелярные везикулы образуются путем самоорганизацииамфифильных веществ в водной среде без последующей обработки. Синтезмоноламелярных липосом предусматривает, либо ультразвуковую обработкумультиламелярныхлипосом,либомультиламелярныхлипосомчерезпроведениепроцессананоразмерныепоры.экструзииРазмермоноламелярных (бислойных) липосом обычно не превышает 100 нм, в товремя как размер мультиламелярных (мультислойных) липосом можетдостигать десятков микрон.
Одним из основных сфер применения липосом20являетсякапсулированиеиадреснаядоставкалекарств,аименноиспользование их в качестве носителей, капсулирующих и переносящихлекарственные или другие биоактивные вещества внутри организма [51]. Дляданнойцелицелесообразноиспользоватьименномоноламелярныелипосомы, поскольку они имеют достаточный внутренний объем длякапсулирования водорастворимых веществ и малые размеры, позволяющиепреодолевать естественные биологические барьеры внутри организма, атакже способствующие процессу эндоцитоза. Эндоцитоз – один извозможных путей усвоения клетками веществ, закапсулированных влипосомах, заключается в захвате липосом и усвоении содержимого в нейвещества живой клеткой.
Для достижения биогенности и не токсичностилипосомы обычно синтезируются на основе фосфолипидов, входящих всостав живых клеток (фосфатидилхолин, фосфатидилсерин и пр.) или схожихс ними веществ [52]. Однако, достижение эффективной доставки ивысвобождения капсулированного вещества в необходимой области и взаданное время посредством липосом на основе только фосфолипидовневозможно.Для достиженияданнойцелинеобходимопроведениесоответствующей функционализации липосом, путем встраивания в ихструктуру специфических наночастиц, рецепторов, антител, полимерныхсоединений и т.д., способствующих увеличению стабильности липосом,управляемости посредством физико-химических воздействий, нацеленностина пораженные клетки, чувствительности к различного рода химическим ифизическим воздействиям и т.д.
(рис. 10) [53].21Рис. 10 – Схематическое изображение функционализированнойнанокомпозитной липосомыОднимизнаиболееперспективныхподходовксозданиюлекарственных наноконтейнеров, чувствительных к электромагнитномувнешнему воздействию, в том числе оптическому, является использование вего структуре неорганических наночастиц. Неорганические наночастицыразличнойприродыисостава(металлические,магнитные,полупроводниковые), как правило, обладают набором физических ихимическихсвойств,существенноотличающихсяотсвойствсоответствующих компактных материалов. Это качество делает такиенаночастицы уникальными объектами фундаментальных исследований, атакжеважнейшимифункциональнымикомпонентамиперспективныхустройств и технологий.
Металлические и магнитные наночастицы широкоиспользуются в нано- и биомедицинских технологиях в целях терапии идиагностики [54, 55]. Так включение магнитных наночастиц в составоболочекполиэлектролитныхкапсулпозволилообеспечитьчувствительность таких капсул к внешнему микроволновому воздействию,контролируемым образом изменяющим структуру и проницаемость оболочектаких капсул [24 – 26]. Металлические и полупроводниковые наночастицы ссущественно вытянутой формой (наностержни), а также их организованныеансамблиобладаютанизотропнымиоптическимисвойствами.C22использованием молекул ДНК в качестве адсорбирующей матрицы былисозданы квазилинейные структуры из полупроводниковых наностержнейCdSe,флуоресценциякоторыхносиласущественнополяризованныйхарактер [56, 57].Важной отличительной чертой использования липосом в качествеосновы для создания систем капсулирования и адресной доставки лекарств идругих соединений является их биосовместимость, поскольку мембранулипосом обычно формируют из фосфолипидов – биогенных амфифильныхмолекул, входящих в состав биологических мембран.
Круг веществ, которыемогут быть включены в липосомы, чрезвычайно широк – от неорганическихионов и низкомолекулярных органических соединений до крупных белков инуклеиновых кислот. Водорастворимые (гидрофильные) лекарственныевещества могут быть заключены во внутреннее водное пространстволипосом, а жирорастворимые (гидрофобные) – в бислойную липиднуюмембрану.Однако,зачастуюполучаемыефосфолипидныелипосомыхарактеризуются низкой стабильностью и относительно коротким временемжизни, что ограничивает возможности их практического применения итребует разработки новых эффективных функциональных систем на основелипосом [58]. Новые подходы в создании липосомальных препаратоввключают конструирование липосом, способных к управляемому выходукапсулированных веществ: такие липосомы могут подвергаться структурнымизменениям в ответ на физико-химические стимулы.
Примерами такихлипосом являются термочувствительные липосомы, целостность мембранкоторыхпригипертермиинарушаетсяипроисходитвыходкапсулированного вещества, и рН-чуствительные липосомы, вскрытиекоторых происходит при изменении уровня рН окружающей среды (т.н.флиппосомы - flipposomes) [55, 52]. рН-чувствительные капсулы на основелипосом весьма перспективны для использования в адресной химическойтерапии онкологических заболеваний, поскольку величина рН в раковыхклетках зачастую меньше по сравнению со значением рН в здоровых тканях.23Структура липосомальной мембраны и ее проницаемость могут существенноменяться также с помощью дистанционных физических воздействий, вчастности, наложения внешнего электрического поля, обусловливающегоизвестный эффект электропорации [59, 60].
Этот эффект открываетвозможности для использования электромагнитных импульсов в качествесредства для дистанционной нетермической активации наноконтейнеров наоснове липосом и контролируемого высвобождения их содержимого.Включение в структуру липосомальной мембраны проводящих наночастицпозволяет увеличить чувствительность таких мембранных везикул кэлектромагнитным воздействиям за счет возбуждения диполь-дипольныхвзаимодействий между частицами при их соответствующей поляризации вовнешнем электромагнитном поле.Перспективнымпространственнойподходомлокализациейкрешениюмикроконтейнеровзадачисуправлениялекарственнымисоединениями и их адресной доставки в организме является включение в ихсостав магнитных наночастиц, что открывает возможности дистанционногоуправления их локализации при помощи градиента внешнего магнитногополя.Идеяцелевойдоставкитерапевтическихсредств(такихкаколигонуклеотиды, белки, лекарственные препараты) с использованиеммагнитного поля была предложена Виддер в 1978 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
