Наночастицы с упорядоченными мезоструктурами привлекают ученых из-за интересных свойств, связанных с наличием мезоканалов и наноразмерных квантовых эффектов. Структура с открытым каркасом, большая площадь поверхности и высокая пористость, а также наноразмер делают мезопористые упорядоченные структуры весьма полезными для адсорбции, направленной доставки лекарств, клеточного транспорта, хранения энергии и катализа. Среди мезопористых наночастиц широко синтезируются силикаты, для которых хорошо известен контролируемый золь-гель процесс получения частиц одинакового размера. Мезопористые углеродные материалы, однако, имеют перед силикатными ряд преимуществ, таких, как электропроводность, химическая инертность, гидрофобность, позволяющие широко использовать их в наноконденсаторах, топливных элементах и литиевых батареях, а также гидрофобных носителей лекарственных средств. Они также, как и силикатные материалы, нетоксичны и биосовместимы, но все предложенные процессы получения мезопористых углеродных материалов, такие, как использование силикатных темплатов, слишком сложны и дорогостоящи, кроме того, использование силикатных темплатов ограничивает возможность варьирования дочерних углеродных структур.
Ученым из Шанхая удалось решить эту проблему, используя гидротермальный подход с низкой концентрацией для получения высокоупорядоченных объемоцентричных мезопористых углеродных сферических наночастиц, однородных по размеру. В качестве темплата был использован коммерчески доступный триблоксополимер Pluronic F127, а в качестве источника углерода – фенольный. Наночастицы получали в ходе контролируемого гидротермального синтеза при низкой концентрации (~10–7моль/л ПАВ). Простым изменением концентрации реагента размер сфер можно контролируемо менять с 20 до 140 нм. Наночастицы диаметром 20 нм были получены впервые.
На Рис. 1 показаны изображения HRSEM наночастицы разного размера, полученные предложенным методом. Частицы, полученные при соотношении фенол:вода 1:200, имеют размер 140 нм. Углеродные наносферы отделены друг от друга. Размер пор составляет примерно 3 нм, а их число превосходит 160. При уменьшении соотношения фенол:вода до 1:450 размер частиц падает до 20 нм, а число мезопор – до 4, то есть такой размер частиц – наименьших потенциально достижимый. ДанныеTEM (Рис. 2) подтверждают данные HRSEM. Сферы размером 140 нм отделены друг от друга, при этом при сокращении их размера до 20 нм они стремятся соединиться.
Схема предложенного механизма образования таких сфер представлена на Рис. 3. Сначала происходит образование мономицелл на основе фенольных частиц и трисополимера при низкой концентрации. При гидротермальном процессе при 130 ºС такие мономицеллы претерпевают дальнейшую сборку с образованием сферической частицы за счет кросс-линкинга. При этом внутри сферы происходит полимеризация фенольных частиц, что приводит к образованию композитной мезоструктуры. Чем меньше концентрация, тем меньше мономицелл объединяются вместе и тем меньшего размера получается сфера.
Клеточная проницаемость таких сфер изучалась с использованием флуоресцеиновой метки. После инкубирования в модифицированном растворе конфокальная лазерная сканирующая микроскопия показала заметную люминесценцию (Рис. 4), которая происходила из цитоплазмы, что доказывает, что наночастицы способны проникать в живую клетку. При этом выдерживание клеток в растворе даже в течение 24 часов показало, что в присутствие довольно высокой концентрации мезопористого материала (50 мкг/л) выживает более 90% клеток, что соответствует невысокой цитотоксичности.
Способность к абсорбции была исследована на примере ибупрофена и показала, что за небольшой промежуток времени абсорбция достигала 30 мг/г.
Таким образом, предложенный метод является простым и масштабируемым для контролируемого получения углеродных мезопористых наночастиц размером 20-140 нм, обладающих низкой цитотоксичностью и высокой абсорбционной способностью.
