Диссертация (1144279), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Подобные фантомы используется для имитации распределения тепла с использованием лазерного излучения в реальных тканях с или без AuNP, для различных биомедицинских задач. ПТМПизготавливалоись посредством последовательной ПА сборки полиэлектро-87литов (PSS/PDADMA)40 (40 бислоёв). Высвобождение инкапсулированногокрасителя производилось посредством инфракрасной (ИК) лазерной фототермической активации ПТМП на длине волны 830 нм, через многомодовоеоптическое волокно.
Для этого внешняя поверхность ПТМП функционализировалась золотыми наночастицами. Лазерная ИК активация широко применяется в биомедицинских приложениях из-за наличия минимума поглощения биологической ткани в спектральном интервале 625-975 нм [98]. Дляконтроля герметичности ПТМП в полости микроконтейнеров добавлялсяфлуоресцентный краситель родамин Б (RhB), а в агарозный гель добавлялся изотиоцианат изомера 1 флуоресцеина (FITC) для визуализации выходаRhB изи микроконтейнеров ПТМП в толщу фантома мягких тканей.5.25.2.1Материалы и методыМикропечать полимерных трёхмерных микроносителейПолимерная трёхмерная микроструктурированная плёнка изготавливалась в пять этапов (рисунок 5.1).
Сначала изготавливалась положительная кремниевая мастер-маска (Shenzhen semiconductor, Shenzhen, Китай) смассивом одинаковых элементов, в виде усечённых конусов, используя метод лазерной трёхмерной литографии [134]. Далее с полученной положительной мастер-маски делался негативный ПДМС оттиск. Затем на ПДМС оттиск адсорбировалось 40 бислоёв разнозаряженных полиэлектролитов PDADMAK/PSS методом полионионной сборки (адсобционная системаRiegler & Kirstein GmbH, Германия)).
Адсорбция полиэлектролитов производилась в растворе NaCl с ионной силой 0,5 М при концентрации полиэлектролитов 2 мг/мл. Каждый слой полиэлектролитов адсорбировался 10минут, после чего образец промывался трижды по 6 минут в деионизорованной воде (Milli-Q Plus 185, Millipore). На следующем этапе, пористаяповерхность полиэлектролитов герметизировалась гидрофобным 0,5% рас-88ПДМСс ячейкамиПДМСвакуумнаякамераудалениевоздухаматрицаматрицамикропринтингPEMгерметичнаяплёнка с ячейкамиполиэлектролитнаяплёнкаРисунок 5.1 — Процесс изготовления полимерной плёнки с массивомполых трёхмерных контейнеров, методом полионионной сборки.твором PLA, который растворяли в хлороформе. В результате, получаласьплёнка с массивом открытых вогнутых лунок, в которые помещались активные вещества посредствам метода осаждения вещества из жидкой фазы.Для проверки герметичности контейнеров, в качестве модельного активногобиологического вещества использовался Родамин В.
Далее на твёрдое будующее основание плёнки также адсорбировалось 40 бислоёв разнозаряженных полиэлектролитов PDADMAC/PSS, герметизированных 0,5% раствором PLA. Последний этап изготовления плёночного полимерного носителязаключался в микропринтинге плёнки, вместе с преципитатом, с поверхности негативной ПДМС маски на новую поверхность (покровное стекло) снанесёнными полимерными слоями. В результате получалась наноплёнка сгерметичными контейнерами, форма которых совпадает с формой выпуклых элементов используемой кремниевой мастер-маски.
В данной работеединичный микроконтейнер полиэлектролитной плёнки имел форму усечённого конуса высотой 4 мкм и диаметрами оснований 10 мкм и 7 мкмсоответственно. В среднем, кажддый контейнер может содержать порядка8910 пг биоактивного вещества, что в сумме даёт 360 мкг на 100 2 площадитрёхмерной плёнки. Для придания плёнки фоточувствительных свойств, навнешнюю поверхность плёнки напылялись в вакууме частицы золота (Рисунок 5.2б) при помощи коммерческой системы нанесения золотых плёнок(SC7620, Quorum, Laughton, Великобритания).а)б)Рисунок 5.2 — СЭМ изображение PSS/PDADMAC полиэлектролитнойтрёхмерной плёнки (а).
Спектр поглощения PSS/PDADMAполиэлектролитной трёхмерной плёнки с напылённым слоем наночастицзолота (б).5.2.2Cистема лазерной ИК активации полимерных контейнеровоптическим волокномФлуоресцентный анализ и лазерная ИК активация полимерных трёхмерной плёнок производился при помощи инвертированного эпифлуоресцентного микроскопа (Olympus ix71, Япония) как показано на рисунке 5.3.Как было описано выше, в качестве модельного агента в каждую ячейкутрёхмерной плёнки был прорепетирован Родамин В. Для возбуждения флуоресценции Родамина Б использовалась ртутная лампа (Lumen 200, PriorScientific, Inc, США) и стандартный флуоресцентный куб (U-MNIG, длина волны возбуждения возбуждение 520-550 нм, длина волны пропусканиядихроичного зеркала 565 нм, барьерный фильтр 580 нм, Olympus Inc., Япо-90Рисунок 5.3 — Экспериментальная установка для ИК лазерной активацииполимерных микроконтейнеров.ния).
Флуоресцентный сигнал собирался объективом 10х/0,3 с коррекциейна бесконечность (HC PL Fluotar, Olympus Inc., Япония), а затем фокусировался на монохромном датчике КМОП камеры (DCC3260M, Thorlabs inc.,Германия) с помощью тубусной линзы f = 180 мм.В качестве источника лазерного излучения для фототермическоговскрытия массивов трёхмерных контейнеров, использовался непрерывныйлазерный диод (LD830-MA1W, максимальная выходная оптическая мощность 1 Вт, длина волны 830 нм, Thorlabs Inc., США), который доставлялся на поверхность трёхмерной плёнки с помощью многомодового оптического волокна 0,22 NA, длиной 2 м, с диаметром сердцевины 105 мкм(FG105UCA, Thorlabs Inc., США). Сначала, лазерное излучение коллимировалось асферической линзой f = 4,51 мм (A230TM-B, Thorlabs inc., USA).91Затем, после 3-кратного расширения лазерного пучка парой анаморфныхпризм (PS879-B, Thorlabs inc., USA), лазерный луч вводился в оптическоеволокно с помощью системы ввода лазерного пучка в волокно (F-91-C1,Newport Corp., США ).
Выходной конец оптического волокна позиционировался относительно трёхмерной плёнки при помощи самодельного трёхмерного манипулятора, с точностью позиционирования в 1 мкм. Выходнойконец оптического волокна был вклеен в медицинскую иглу для возможности инъекционного введения оптического волокна в исследуемую ткань.5.3Результаты и обсуждение5.3.1 Лазерная ИК активация полимерных трёхмерныхмикроструктурированных плёнок при помощи оптического волокнаВ данном разделе демонстрируется возможность лазерного фототермического вскрытия МТМП плёнок с помощью лазерного ИК воздействиячерез оптическое многомодовое волокно в разных средах: воздухе, деионизированной воде и 1% агарозном геле.На первом этапе сухая 3трёхмерная плёнка активировалась в воздушной среде, как показано на рисунке 5.4.
Трёхмерная плёнка помещалась напредметный столик инвертированного микроскопа. Затем оптическое волокно, вклеенное в изогнутую под углом 450 иглу, располагалось ортогональнок образцу на высоте 100 мкм, при помощи трёхмерного микроманипулятора. Поскольку полимерная плёнка прозрачна, то контроль положения оптического волокна возможен посредствам перефокусировки объектива микроскопа. Время экспозиции лазерного излучения во всех экспериментах составляло 0,5 с.
Полная ширина на уровне половинной амплитуды лазерногопучка составляла 75 мкм на расстоянии 100 мкм от поверхности образца.На рисунке 5.5а представлена типичная картина фототермического повреждения трёхмерной плёнки, вызванная лазерным ИК воздействием. Упо-92медицинскаяиглаоптическоеволокночастицызолотарелизвоздухполиэлектролитная плёнкапокровное стеклоРисунок 5.4 — Схематическое изображение эксперимента лазерного ИКвскрытия сухой полимерной трёхмерной плёнки, через мультимодовоеоптическое волокно.рядоченный массив небольших окружностей является массив отдельныхгерметичных микроконтейнеров на поверхности полимерной наноплёнки.Чёрными стрелками на рисунке 5.5а, с указанием плотности мощности лазерного воздействия, указывались зоны лазерного ИК воздействия на трёхмерной плёнку, через мультимодовое оптическое волокно.
В воздушной среде, при отсутствии каналов для эффективной диссипации тепла, резкое повышение температуры в пространстве вокруг золотых наночастиц приводитк плавлению полиэлектролитов. Характерное кольцо оплавленного полимера было сформировано вокруг каждой зоны, подверженной лазерному ИКвоздействия, с типичной толщиной 12,7 ± 0,2 мкм.а)б)Рисунок 5.5 — Характерные паттерны фототермического повреждениясухих полиэлектролитных трёхмерных плёнок.Лазерное облучение проводилось по часовой стрелке с увеличениемоптической мощности 0,56-5,68 кВт/см2 .
Энергии в 2,27 кВт/см2 . было достаточно, чтобы образовать сквозное отверстие в полиэлектролитной плён-93ке. Увеличение выходной мощности лазерного пучка приводит к нелинейному увеличению зоны повреждения, как показано на рисунке 5.5b. Каждаяточка на рисунке 5.5b соответствует среднему значению по 5 измереннымдиаметрам соответствующего поврежденного участка полимерной трёхмерной плёнки с шагом вращения измерительного профиля на 30 градусов.Шкалы ошибок соответствуют стандартным отклонениям () измеренныхзначений диаметров и рассчитывались как:⎯⎸⎸ 1 ∑︁( − )2 , = ⎷( =1(5.1)где - диаметр зоны повреждения, - среднее значение, N - количество измерений.На следующем этапе исследований, лазерная активация ПТМП производилась в водной среде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
