生物无机化学与应用

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体积 2018年 |文章的ID 9354708 | https://doi.org/10.1155/2018/9354708

Ayodele Temidayo Odularu, 金属纳米粒子:热分解,Biomedicinal应用程序癌症治疗,和未来的观点”,生物无机化学与应用, 卷。2018年, 文章的ID9354708, 6 页面, 2018年 https://doi.org/10.1155/2018/9354708

金属纳米粒子:热分解,Biomedicinal应用程序癌症治疗,和未来的观点

学术编辑器:Zhe-Sheng陈
收到了 2017年8月30日
接受 2017年11月28日
发表 2018年4月18日

文摘

单分散的形式的金属纳米颗粒显著克服可怕的癌症的威胁。综述了务实热分解作为一个最好的方法来合成单分散的金属纳米粒子稳定和小粒子的大小。控制形态的抗癌剂到特定的细胞也可以获得与热分解。除了热分解,这项研究还调查过程的表征技术,生物评价纳米粒子毒性,和未来的观点。

1。介绍

癌症是一种全球性的疾病(1- - - - - -3]。美国国家癌症研究所(NCI)的一份报告,名为“统计乍一看:全球癌症负担的,”说,“癌症与1410万年是全球领先的死亡病例出现在2012年与820万年与癌症相关的问题在全球范围内”(4]。心脏病死亡后的第二个原因是2015年影响880万人的生命,其中70%来自低收入和中等收入国家(5,6]。世界卫生组织(世卫组织)预测的新癌症病例数量上升到70%在接下来的二十年6]。此外,惊人的利率癌症实验对象的抗肿瘤的药物耐药性问题和挑战的副作用这些药物管理时,要求另一种药物。当前的方法应对耐药性和副作用可以从纳米技术。纳米技术是由小材料的大小介于1和100海里,包含原子的结构安排,通常称为纳米颗粒(7]。它包括学科,如化学、计算机、电子、能源、工程、物理、和生物医学(8]。在生物医药、纳米(纳米技术的医学应用)有一种很有前途的方法来检测和治疗癌症9,10]。纳米的重点是为一个有效的方法在卫生部门的危险的疾病,如癌症(11]。。等人报道,一个杰出的纳米医学帮助在这是通过无机纳米颗粒12]。纳米颗粒增强的交付有前途的抗癌药物对恶性肿瘤细胞(13]。也用作抗癌治疗代理,以及检测和诊断癌症,磁共振影像(MRI) (9]。更好的药物输送系统的目标作出了激烈的研究是深入纳米颗粒在过去十年(12]。纳米技术研究的最大的挑战是如何获得毫微米和形状控制。散装材料相比,纳米粒子的小尺寸帮助采购希望边缘的优点量子尺寸效应高表面积与体积比(13- - - - - -15]。独特性的无机纳米粒子由于小尺寸和形态反映了光电特性(11,12]。单分散的金属纳米粒子通过热分解可以用来克服耐药性和副作用常规药物的癌症。单分散的金属纳米颗粒对癌症的影响被认为是在这个研究。这个科学交流也解决合成,反应协调化合物的方法,特征,多分散的预防,纳米颗粒的毒性。本文的目的是研究应用热分解合成的最合适的方法获得单分散的形式的金属纳米粒子。

1.1。反应前金属纳米颗粒的合成方法

准备协调化合物是正确的前体合成的纳米粒子,因为他们被证实是一种有效的路径给高质量的单分散的金属纳米粒子(16]。凯利等人报道,方便协调和茂金属化合物前体(17]。这些协调化合物热分解的进一步处理涉及稳定剂的使用和限制代理。

1.1.1。减少代理(稳定剂/清除剂)

减少代理无机和有机化合物用于准备金属纳米粒子通过减少氧化态的金属离子配合物或金属盐为零。他们也用于防止金属纳米粒子的聚集(13,18,19]。减少代理被称为稳定剂或清除剂。有效的稳定剂可以天然聚合物,(壳聚糖和低聚壳聚糖)或人工聚合物(海藻酸,聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP))。两种形式的聚合物基团,如氨基(nh)2),羧酸(羧基)、羟基(-哦),和硫醇(SH) [18]。天然聚合物支持绿色化学。他们有时被用作纳米颗粒覆盖剂。提供电子或激进分子金属离子的过程可以被称为清除代理。他们可以分为弱和强稳定剂。弱减少代理商的支持缓慢反应,从而使粒子生长在很长一段时间给面和不到一纳米的纳米颗粒。例子是柠檬酸钠和钾bitartraate [19]。另一方面,强还原剂,如甲酰胺和ortho-anisidine形式大,球形纳米粒子(19]。其他减少代理是非常有用的,而不是聚合物长链有机分子,硼氢化钠、乙二醇。

1.1.2。表面活性剂(限制代理)和胶体纳米颗粒

表面活性剂是保护和表面代理代理进一步防止结块,避免彼此交互的纳米粒子(13]。他们稳定纳米粒子形成了通过减少代理,从而允许一些研究者称他们为稳定剂。soft-temperate模型的品质,能力改变化学动力学,和简单的机动性表面活性剂可以控制纳米材料的形态(20.]。他们也被称为限制代理。在热分解过程中,减少了样品内注入表面活性剂在一定温度下,样品的颜色改为黑色后在惰性环境。黑色的解决方案是表明胶体纳米粒子的21]。它适用于稳定剂、聚合物和功能组胺、羧酸、羟基化,成功的热分解和硫醇是好限制代理(13]。

1.1.3。双稳定和限制代理

在某些情况下,研究人员使用既不稳定也不限制代理。在其他情况下,一些化合物,如柠檬酸钠可以作为稳定和限制代理(13]。

1.2。金属纳米颗粒的合成

两种主要的方法制备金属纳米粒子的自顶向下和自底向上(22]。两种方法都有优点和缺点。缺陷在晶体的表面和破坏纳米结构是最大的挑战在合成纳米粒子的自顶向下的方法22,23]。尽管这一挑战仍在使用这种方法。方法用于合成纳米粒子有一个伟大的对小粒径和形貌的影响。三种不同的方法合成纳米粒子物理(微波、声化学的、紫外线辐射、激光消融,热分解(散热的),光化学,或激进性)、化学(无机基质的超临界流体,共同沉淀,使用支持,和有机溶剂),和生物(藻类、细菌、真菌、或植物)(10- - - - - -13,24]。突出显示的三种方法,本文关注热分解的物理方法,因为污染,其他方法耗时,形成凝聚和聚合纳米粒子与广泛分布的大小,和非常昂贵的15,22]。热分解是一个创新的方法来合成单分散的纳米颗粒稳定的产品(21]。这是一个快速发展的研究领域,清晰,经济与传统的方法相比25]。它也是最简单和最方便的方式合成单分散的金属纳米粒子(26]。此外,它的答案获得最大的挑战毫微米和形状控制在纳米技术研究[27]。其他因素被认为是获得控制毫微米合成时间、温度、反应物浓度、稳定剂、覆盖剂(表面活性剂),和类型的表面活性剂(28]。Palacious-Hernandez等人,奇诺等人解释说,热分解的不溶解的方法是一个简单和温和的路线,不需要原材料(27,28]。同样,Tran等人指出,热分解允许大量的纳米粒子一旦产生,产生少量的纳米粒子与生物方法(26]。Tran等人还强调前体注入方法的相关性,前体的注入表面活性剂的热解决方案(26]。这是诱导快速成核与小尺寸的纳米粒子是相同或相似的和具有窄尺寸分布(26]。这些单分散的纳米粒子也可以称为是同质的(22]。

1.2.1。热分解

因素,如金属离子的性质和反应的力量配合物的配体对热分解的温度和压力的影响发生(17]。换句话说,协调化合物热力学可以稳定或活动稳定。没有特别稳定剂(稳定剂)是用于热分解。关于稳定剂,饶等人报道,覆盖剂,如羧酸和烷基胺,影响形成单分散的纳米粒子从热分解(29日]。整体效果影响实现单分散的纳米颗粒(17]。

1.3。纳米粒子的清洗和干燥

热分解后,反应容器是流行在室温下冷却通风橱,以降低温度(21,28]。开关是确保冷却后推迟。纳米颗粒可以很容易形成沉淀在寒冷的极性溶剂,如去离子水、乙醇、甲醇等(21]。这些反应溶剂帮助去除多余的材料(加盖代理)(21]。离心的过程作为下一步分离胶体纳米颗粒的沉淀。它也清洁纳米颗粒,但过度清洁会导致纳米粒子的聚集。这个过程是完成当有沉淀的均匀性。几次的再分散在非极性溶剂,如苯、正己烷、甲苯净化沉淀和这意味着一个纳米粒子表面活性剂核壳结构(21,28]。干燥的纳米颗粒发生酒精干燥(化学提取),冷冻干燥(低温),或在真空干燥箱的温度(热)小于100°C和特定的段数小时或隔夜洗后18,30.- - - - - -32]。

1.4。行为以及纳米粒子的表征

大多数研究人员研究了纳米颗粒的行为适当使用相关的技术特征。Wostek-Wojciechowska et al .,达拉斯et al .,和荣格等人指出,热分解可能表现为热解或热解(33- - - - - -35]。达拉斯等人他的银纳米粒子的热解温度为300°C (34]。他们还进行了热解固体和液体两种状态(34]。对于Wostek-Wojciechowska et al .,他们报告说,纳米颗粒在溶液中得到比在固体33]。为了测量thermolysed纳米粒子的热稳定性,热重量分析是必要的。达拉斯et al Khalil等观察到纳米颗粒的温度和热重分析(TGA)和差热分析(DTA) [34,36]。所有上述作者称热重量分析温度低于300°C。他们都符合Iravani et al .,那些报道,温度小于或等于300°C的提供了一个广泛的反应温度和许可方差的有效控制纳米颗粒的加热温度,溶剂是左常数(13]。

光谱表征技术包括傅里叶变换红外(ir)光谱(红外光谱)、紫外光谱(紫外可见),花期光谱学(光致发光),和拉曼光谱。红外光谱函数来识别官能团的散装材料和纳米颗粒。紫外可见光谱,它支持其他光谱表征技术的结果,从而使样品的几何和光学性质。

金属纳米颗粒的光学性质需要带隙(37]: 在哪里 带隙能量和吗k吸收边。

花期光谱通常被称为光致发光光谱因为相同的仪器的分析技术。提供样品的光学特性。拉曼光谱的识别阶段纯净的晶体结构和补充确认准备样品的纳米颗粒(38]。

除了上述技术,质谱(MS)和x射线光电子能谱(XPS)是重要的在材料化学表征技术。女士测量带电粒子的特性转换成单个分子的离子,而XPS分析材料表面和界面条件。

其他重要技术在材料化学微观分析,纯度检查,x射线衍射,磁特性和表面积。微观分析包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)。金属纳米粒子总是为他们的形态特征用扫描电镜和透射电镜技术。样品的扫描电镜形态产生基于散射电子给三维的图像,如汽缸。在TEM的情况下,它产生形态的一个示例基于电子传输给二维的图像,如薄片和细线。原子力显微镜(AFM)观察内部的直接材料。

元素分析(EA)和电子散射谱(EDS)是用来检查散装材料的纯度和金属纳米粒子。

x射线衍射可以是单晶x射线衍射测量或粉末x射线衍射(XRD)。单晶x射线衍射仪分析了晶体材料的完整结构,从简单的无机固体的范围复杂的大分子。

XRD用于获取数据的结晶形状,微晶尺寸,和方向的多晶粉末固体样本谢勒方程: 在哪里D是水晶金属纳米粒子的大小;λx射线辐射的波长;β是半宽度(应用)的衍射峰;和θβ布喇格衍射角(37]。

磁特性包括核磁共振(NMR)、电磁谐振(ESR)和磁化率传感器(MSS)。核磁共振作为科学技术是用于研究分子物理、晶体,和非晶的材料,主要用于电子配对。核磁共振作为诊断工具确认合成纳米粒子有特定的根。ESR,通常被称为电子顺磁共振(EPR),提供了激进的几何信息和未配对电子的轨道,在海量存储系统(MSS)中提供了定量测量的物质可能在一个磁场磁化。

纳米粒子的表面积可以决定使用一种称为Brunauer-Emmett-Teller的数学表达式(打赌)所示的方程(3)和(4)。胶体的稳定的单分散的金属纳米粒子可以确定使用电泳光散射技术的电动电势(39]。阶段的在体外测试之前在活的有机体内测试是用来测试一个初步阶段的抗癌活性纳米颗粒。 在哪里 是单位的单层吸附气体,N阿佛加德罗数, 是吸附吸附物种的横截面,V的摩尔体积吸收物种, 吸附剂的质量。

1.5。预防多分散的纳米粒子

四个重要步骤的化学合成的纳米粒子援助粒度和均匀成核,胶体粒子的增长,奥斯特瓦尔德成熟和稳定。在粒子生长的阶段,可以控制粒度的均匀性。这是因为一旦反应所得奥斯特瓦尔德成熟,多分散的纳米颗粒形成,而不是单分散的纳米颗粒。奥斯特瓦尔德成熟是一个缓慢diffusion-organized的过程,也叫第二阶段粗化(40]。它被定义为小纳米粒子的溶解和再沉积在较大的粒子41]。除了纳米粒子的分散在液相中促进多分散的纳米颗粒的形成,干燥粉状形式的过程而非胶体泥浆形式和烧结也因素造成多分散性(30.]。纳米粒子的烧结过程涉及到加热粉状形式(摘要)为了使他们坚实的30.]。它是依赖于高温30.),因此,与单分散性所需温度。原理图的合成、表征和在体外抗癌的测试单分散的金属纳米粒子图所示1

1.6。纳米颗粒的毒性

小尺寸的纳米颗粒表明他们很容易在人体吸收比大尺寸(42- - - - - -44]。可以通过摄取吸收,吸入,注入和皮肤的交付44- - - - - -47]。他们更有害健康的人类比大尺寸(48]。毒理学研究的纳米颗粒还处在婴儿阶段(44,47]。碳纳米管的使用取决于大小,使用硅,生物降解性聚合物纳米粒子也可以减少纳米颗粒的毒性(48]。有许多方法用于评估纳米颗粒的毒性48]。最具成本效益的方式管理时间的方法在体外研究[48]。通常评估研究细胞生存能力与生物标记对细胞凋亡等例子,细胞膜完整性与乳糖酶脱氢酶(LDH)测定,彗星试验基因毒性,免疫组织化学,四唑减少化验(48]。可行的细胞被发现使用比色分析如3 - (4 5-dimethylthiazol-2-yl) 2, 5-diphenyltetrazolium溴化(MTT), 2,二- (2-methoxy-4-nitro-5-sulfophenyl) 2 h-tetrazolium-5-carboxanilide (XTT), 3 - (4 5-dimethylthiazol-2-yl) 5 - (3-carboxymethoxyphenyl) 2 - 2 h-tetrazolium (4-sulfophenyl),和水溶性四唑盐(wst) [48]。

2。结论

这个迷你回顾了热分解是最合适的合成单分散的纳米粒子稳定为实现卫生部门在癌症治疗的目标。热分解是简单和经济。工具性支持热重量分析方法测量的速度分解而稳定,应用于生物应用程序是使用电动电势。其他相关表征技术帮助识别。评估的毒性水平使用在体外化验。

3所示。未来的视角

金属纳米粒子的聚集的挑战需要支持热分解的方法。蚀刻的合成金属纳米颗粒的方法将被鼓励支持热分解易于制备单分散的纳米颗粒。合成纳米粒子的熔点的样品将用于确定热分解的温度。溶解度测试将检测的纳米粒子毒性和biomembral渗透。绿色化学促进良好的合成纳米粒子在溶剂、减少代理,并限制代理;因此,绿色化合物将被考虑。参考资料也将被视为相关评估工具和方法的效率特性的纳米颗粒通常用于临床生物医学研究等在体外和多个实验室的能力测试。结果从电动电势胶体稳定性的纳米粒子将他们介绍给进一步的测试在活的有机体内抗癌测试。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢戈万姆贝基研发中心(GMRDC)金融援助。

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