ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 4
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
English page
DOI 10.30898/1684-1719.2020.4.14
УДК 539.2
Изучение строения биосовместимых наноматериалов на основе диоксида кремния
А. Ф. Белянин 1, А. С. Багдасаря 2,3, Н. С. Сергеева 4, С. А. Багдасарян 2, Е. Р. Павлюкова 3
1 Центральный научно-исследовательский технологический институт “Техномаш”, Москва, 121108, ул. Ивана Франко, 4
2 Научно-производственное предприятие “Технологии радиочастотной идентификации и связи”, Москва, 127051, Сухаревская пл. 4, стр. 1
3 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, 125009, Москва, ул. Moховая 11-7
4 Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена, 125284, Москва, 2-й Боткинский пр., 3
Статья поступила в редакцию 15 апреля 2020 г.
Аннотация. Создание биоискусственных органов и тканей в реконструктивно-пластической хирургии во многом зависит от разработки каркасных носителей для клеток с использованием микро- и наночастиц различной природы. В настоящей работе исследовано взаимодействие микрочастиц порошков опаловых матриц (правильных упаковок шаровых наночастиц аморфного SiO2 с диаметром 200–260 нм) и гейзерита (природного аналога опаловых матриц) с клеточными системами. Проведена оценка биосовместимости опаловых матриц (гейзерита) и динамики нарастания на них клеток на модели иммортализованных фибробластов человека. Рассмотрены особенности формирования и строения биокомпозицонного материала “опаловая матрица (гейзерит) – культура клеток”. Показано, что размножение клеток происходит на поверхности микрочастиц порошка опаловых матриц (гейзерита) с поперечным размером от единиц до десятков микрометров. Приведенные результаты исследования “in vitro” острой цитотоксичности и матриксных (адгезивных) свойств микрочастиц опаловых матриц и гейзерита, а также “in vivo” – их биосовместимости, позволяют рассматривать образование клеточными системами и микрочастицами трехмерного композита как элемента самоорганизации. Установлена устойчивость объемной двухфазной структуры (“опаловая матрица (гейзерит) – культура клеток”), обусловленная тем, что твердая фаза (микрочастицы порошка опаловых матриц или гейзерита) армирует биологическую массу, создавая возможность объемного формирования последней.
Ключевые слова: опаловые матрицы, гейзериты, биокомпозицонные материалы, растровая электронная микроскопия.
Abstract. Construction of bio-artificial organs and tissues in reconstructive plastic surgery depends largely on the development of the cell scaffolds using micro- and nanoparticles of different nature. In the present paper, we consider the interaction of microparticles of opal matrix powders (regular packings of spherical nanoparticles of amorphous SiO2 with a diameter of 200–260 nm) and geyserite (a natural analogue of opal matrixes) with cell systems. The biocompatibility of opal matrixes (geyserite) and the cell growth dynamics in an immortalized human fibroblast model were evaluated. The features of the formation and structure of the biocomposite material “opal matrix (geyserite) - cell culture” have been considered. It was demonstrated that cell reproduction take place on the surface of opal matrix powder (geyserite) microparticles with a crosswise size from units up to tens of micrometers. Given “in vitro” investigation results of the acute cytotoxicity and matrix (adhesive) properties of opal matrices and geyserite microparticles, as well as “in vivo” of their biocompatibility, make us possible to consider the formation of three-dimensional composite by cell systems and microparticles as an element of self-organization.
Keywords: opal matrixes, geyserites, biocomposite materials, scanning electron microscopy (SEM).
Литература
1. Урусов В.С., Самойлович М.И., Сергеева Н.С., Белянин А.Ф., Шванская Л.В., Свиридова И.К., Кирсанова В.А., Бычков А.Ю., Ахмедова С.А., Клещева С.М. Образование биокомпозитов на основе природных гейзеритов и синтетических опалов // Доклады Академии наук. 2008. Т. 423. № 6. С. 841–845.
2. Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Гуляев Ю.В., Сергеева Н.С., Багдасарян С.А., Павлюкова Е.Р. Биосовместимые наноматериалы на основе опаловых матриц // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 5. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/may19/3/text.pdf DOI 10.30898/1684-1719.2019.5.3
3. Урусов В.С., Шванская Л.В., Бычков А.Ю., Мохов А.В., Лабутова Е.А. Микроструктуры отложений кремнезема из термальных источников Камчатки // Доклады Академии наук. 2008. Т. 418. № 2. С. 262–266.
4. Урусов В.С., Шванская Л.В., Бычков А.Ю., Мохов А.В., Лабутова Е.А. Микроструктурные исследования гейзеритов Камчатки // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2008. № 5. С. 19–26.
5. Inagaki F., Motomura Y., Ogata S. Microbial silica deposition in geothermal hot waters // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2003. Vol. 60. P. 605–611.
6. Armstronga E., O’Dwyer C. Artificial opal photonic crystals and inverse opal structures – fundamentals and applications from optics to energy storage // Journal of Materials Chemistry C. 2015. Vol. 3. № 24. P. 6109–6143.
7. Tuyen L.D., Wu C.Y., Anh T.K., Minh L.Q.Kan H-C., Hsu C.C. Fabrication and optical characterization of SiO2 opal and SU-8 inverse opal photonic crystals // Journal of Experimental Nanoscience. 2012. Vol. 7. № 2. P. 198–204.
8. Rinkevich A.B., Burkhanov A.M., Samoilovich M.I., Belyanin A.F., Kleshcheva S.M., Kuznetsov E.A. Three-dimensional nanocomposite metal dielectric materials on the basis of opal matrices // Russian Journal of General Chemistry. 2013. Vol. 83. № 11. P. 2148–2158.
9. Mıguez H., Blanco A., Lopez C., Meseguer F., Yates H.M., Pemble M.E., Lopez-Tejeira F., Garcıa-Vidal F.J., Sanchez-Dehesa J. Face centered cubic photonic bandgap materials based on opal-semiconductor composite // Journal of Lightwave Technology. 1999. Vol. 17. № 11. P. 1975–1981.
10. Nishijima Y., Ueno K., Juodkazis S., Mizeikis V., Misawa H., Tanimura T., Maeda K. Inverse silica opal photonic crystals for optical sensing applications // Optics Express. 2007. Vol. 15. № 20. P. 12979–12988.
11. Сaмойлович М.И., Белянин А.Ф., Бaгдaсaрян А.С., Бовтун В. Строение и диэлектрические свойства нaнокомпозитов: опaловые мaтрицы – оксиды титaна и титaнaты редкоземельных элементов // Тонкие химические технологии. 2016. Т. 11. № 2. С. 66–73
12. Belyanin A.F., Bagdasaryan A.S., Bagdasaryan S.A., Pavlyukova E.R. Nanostructured materials based on opal matrixes and magnetic oxides Ni(Сo)-Zn-Fe // Zhurnal Radioelektroniki - Journal of Radio Electronics. 2020. № 3. Available at http://jre.cplire.ru/jre/mar20/15/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2020.3.15
13. Pakhomov Y.A., Rinkevich A.B., Perov D.V., Kuznetsov E.A., Belyanin A.F. Dielectric permittivity of artificial crystals based on opal matrices with ZnO particles in millimeter waveband // Journal of Infrared, Millimeter, and Teraherts Waves. 2019. Vol. 40. № 3. P. 348–356.
14. Ринкевич А.Б., Перов Д.В., Самойлович М.И., Белянин А.Ф., Пащенко П.В., Тимофеев М.А. Опаловые матрицы со слоистой структурой Co/Ir и 3D-нанокомпозиты опаловая матрица – соединения Co // Инженерная физика. 2009. № 10. С. 18–24.
15. Samoilovich M.I., Belyanin A.F., Tsvetkov M.Y., Kleshcheva S.M., Rinkevich A.B., Bovtun V., Kempa M., Nuzhnyy D. Optical, magnetic, and dielectric properties of opal matrices with intersphere nanocavities filled with crystalline multiferroic, piezoelectric, and segnetoelectric materials // Russian Journal of General Chemistry. 2013. Vol. 83. № 11. P. 2132–2147.
16. Sarychev A.K., Shalaev V.M. Electrodynamics of metamaterials. World Scientific and Imperial College Press, 2007. 200 p.
17. Kong J.A. Electromagnetic wave interaction with stratified negative isotropic media // Progress in Electromagnetics Research, PIER. 2002. Vol. 35. P. 1–52.
18. Kimura T., Goto T., Shintani H., Ishizaka K., Amira T., Tokura Y. Magnetic control of ferroelectric polarization // Nature. 2003. Vol. 426. P. 55–58.
19. Hill N.A. Why are there so few magnetic ferroelectrics? // The Journal of Physical Chemistry B. 2000. Vol. 104 (29). P. 6694–6709.
20. Inomata A., Kohn K. Pyroelectric effect and possible ferroelectric transition of helimagnetic GdMn2O5, TbMn2O5 and YMn2O5 // Journal of Physics: Condensed Matter. 1996. Vol. 8. № 15. P. 2673–2678.
21. Bramwell S.T., Field M.N., Harris M.J., Ivan M.J. Bulk magnetization of the heavy rare earth titanate pyrochlores – a Series of model frustrated magnets // Journal of Physics: Condensed Matter. 1999. 12(4):483. DOI: 10.1088/0953-8984/12/4/308.
22. Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Гуляев Ю.В., Юрин А.И., Павлюкова Е.Р. Строение, диэлектрические и магнитные свойства нанокомпозитов на основе опаловых матриц, фосфатов и ванадатов металлов // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 5. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/may19/4/text.pdf. DOI 10.30898/1689-1719.2019.5.4
23. Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Багдасарян С.А., Борисов В.В., Павлюкова Е.Р. Рентгеновское излучение при лазерном воздействии на опаловые матрицы // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 6. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jun19/12/text.pdf DOI 10.30898/1684-1719.2019.6.12
24. Белянин А.Ф., Самойлович М.И., Житковский В.Д., Пащенко П.В., Тимофеев М.А., Ковальский К.А., Клещева С.М., Борисов В.В., Петухов К.Ю. Слоистые ненакаливаемые катоды // Нано- и микросистемная техника. 2005. № 8. С. 39–48.
25. Белянин А.Ф., Борисов В.В., Багдасарян А.С. Наноструктурированные углеродные материалы в эмиссионной электронике // Российский технологический журнал. 2017. Т. 5. № 3 (17). С. 22–40.
26. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Д.Джой, Фиори Ч., Лифшин Э. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. М.: Мир. 1984. Т. 2. 348 с.
Для цитирования:
Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Сергеева Н.С., Багдасарян С.А., Павлюкова Е.Р. Изучение строения биосовместимых наноматериалов на основе диоксида кремния. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №4. Режим доступа http://jre.cplire.ru/jre/apr20/14/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2020.4.14