ВЛИЯНИЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ ЗОЛОТА НА АКТИВАЦИЮ ЛИПОСОМАЛЬНЫХ КАПСУЛ УЛЬТРАКОРОТКИМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ИМПУЛЬСАМИ

Ю. В. Гуляев ¹, В. А. Черепенин ¹, И. В. Таранов ¹, В. А. Вдовин ¹, В. В. Файкин ¹,
В. И. Тюкавин ¹, А. В. Сыбачин^{1, 2}, А. А. Ярославов ^{1, 2}, В. П. Ким ^{1, 3},
К. В. Потапенков^{1, 3}, Г.Б. Хомутов ^{1, 3}

¹ Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН
 ² МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет
³ МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет

 

Статья поступила в редакцию 25 октября 2016 г.

Аннотация: Данная работа посвящена решению проблемы избирательности электромагнитного воздействия на лекарственные контейнеры. В качестве дистанционного воздействия были выбраны ультракороткие электрические импульсы высокой напряженности. В качестве специального класса контейнеров, чувствительных к данному типу воздействия, использовали липосомальные капсулы, мембраны которых были связаны с существенно анизотропными частицами ˗ наностержнями золота. Основой для создания нанокомпозитных липосомальных капсул послужили однослойные липосомы, синтезированные стандартным ультразвуковым методом из амфифильных соединений фосфатидилхолина - 80% и стеарилспермина - 20%. В качестве существенно анизотропных проводящих наночастиц были использованы наностержни золота с характерными диаметром 10 нм и длиной 100 нм. Длительность использованного электрического импульса составляла около 10 нс. При этом напряженность электрического поля вблизи липосомальных капсул составляла около 10 kB/см. Обнаружен эффект декапсуляции нанокомпозитнных липосомальных капсул, оболочки которых связанны с существенно анизотропными наностержнями золота, обусловленный воздействием на них ультракоротких электрических импульсов. Найденный эффект зарегистрирован методами кондуктометрии по изменению удельной проводимости водной суспензии липосомальных капсул, которая увеличивалась вследствие высвобождения соли NaCl из внутреннего объема капсул. Независимо указанный эффект декапсуляции был подтвержден методами просвечивающей электронной микроскопии. Предложен механизм разрушения липосомальной оболочки капсул золотыми наностержнями в результате их ротационного смещения, обусловленного импульсным электрическим воздействием. На основе данного механизма найдено выражение для критического значения напряженности электрического поля, определяющего порог возникновения данного эффекта. Численное значение найденной величины критического поля согласуются с полученными экспериментальными данными. Экспериментально показано, что обнаруженный эффект декапсуляции обусловлен наличием золотых наностержней, в оболочке липосомальных капсул, и не наблюдается при их отсутствии.

Ключевые слова:капсулы, липосомы, структура, наночастицы, наностержни золота, полиэлектролиты, импульс электрического поля.

Abstract. This work is devoted to solving the problem of selectivity of electromagnetic activation of drug carriers. Ultrashort electrical pulses of high voltage were used as a remote stimulating effect. A special class of stimulus-sensitive drug carriers was used representing nanocomposite liposomal membraneous capsules containing significantly anisotropic particles - gold nanorods – bound to the membrane surface. Nanocomposite liposomal capsules were based on the unilamellar liposomes synthesized by standard ultrasonic method using amphiphilic compounds phosphatidylcholine (80%) and stearoylspermine (20%). Gold nanorods with typical diameter 10 nm and 100 nm length were used. as an essentially anisotropic conductive nanoparticles. The duration of an electrical pulse used was about 10 ns. In this case, the electric field strength near the liposome capsules was about 10 kV/cm. The effect of decapsulation of nanocomposite liposomal capsules containing significantly anisotropic gold nanorods bound to the liposomal membrane caused by ultrashort electrical pulses was observed. The effect was registered using conductometric method due to the changes of the conductivity of an aqueous suspension of liposomal capsules which increased due to the NaCl salt release from the internal volume of the capsule. This effect of decapsulation was confirmed independently by transmission electron microscopy technique. The mechanism of destruction of the nanocomposite liposomal membrane was proposed based on the gold nanorods rotational displacement caused by the effect of the external electric pulse. On the basis of this mechanism the theoretical expression for the critical value of the pulse electric field which determines the threshold of the decapsulation effect was found. The numerical value of the found critical field value was in agreement with obtained experimental data. It was experimentally shown that the observed decapsulation effect was due to the presence of gold nanorods bound with liposomal capsules, and decapsulation was not observed in the absence of nanorods.

Keywords: capsules, liposomes, structure, nanoparticles, gold nanorods, polyelectrolytes, pulse of electric field.