8.2. Пк в якості біокаталізатора

Розглянута нами раніше здатність нанокристалічного кремнію виступати в якості ефективних фотосенсибілізаторів синглетного кисню можна використовувати для придушення процесу розмноження ракових клітин. Здатність нанокристалів кремнію виступати в якості ефективних фотосенсибілізаторів та генерувати синглетний кисень може знайти застосування в фотодинамічній терапії онкологічних захворювань.

Після освітлення при концентрації nc-Si в розчині ~ 0,5 г / л і вище має місце значне зменшення числа живих клітин в порівнянні з контрольною групою. При концентрації 2,5 г / л фіксувалася загибель близько 80 % клітин (рис.8.1). Водночас, в темряві вплив nc-Si практично відсутній у всьому використаному діапазоні концентрацій. Отже, можна зробити висновок про те, що загибель ракових клітин пов'язана з впливом фотосенсібілізованого активного кисню, зокрема , з окисленням речовини клітин синглетним киснем.

Рис.8.1. Залежності числа ракових клітин від концентрації nc-Si після знаходження протягом 1 год в темряві (1) та після освітлення (2).

8.3.Матриці та підкладинки для медичних технологій.

Значний інтерес представляє використання ПК як матеріалу підкладинок для біомолекул. Чутливість деяких характеристик ПК до сорбованої на його поверхні речовини дозволяє отримати принципово новий тип підкладки, властивості якої можна використовувати для характеристики сорбованих об’єктів, і створювати на основі ПК біосенсори.

Ми вже розглядали перспективи використання пористого кремнію для створення датчиків вологості, газових, хімічних сенсорів. Такі датчики фіксували зміну електричних властивостей пористого кремнію при наявності в контрольованому середовищі заданих молекул і хімічних сполук. Однак найбільш цікавим видається застосування пористого кремнію в якості робочого елемента біохімічних і біологічних сенсорів, з використанням його люмінесцентних властивостей.

Було встановлено, що нанесення розчинів полінуклеїнових кислот на поверхню пористого кремнію приводить до зростання інтенсивності ФЛ ПК та високочастотний зсув спектра (рис. 8.2). Причому зміна ФЛ залежала від типу спіральних структур полінуклеотидів. Обробка ПК розчином ДНК в В-формі подвійної спіралі приводила до більшого росту інтенсивності та зсуву максимуму спектру, ніж розчином полі(А) в формі однониткової спіралі.

Було встановлено, що причиною зміни ФЛ було підсилення полінуклеїновими кислотами корозії (окислення/розчинення) ПК, що відбувається в результаті контакту кремнієвих нанокристалітів з водними розчинами. Як нам вже відомо, при взаємодії ПК з водою відбуваються процеси окислення та розчинення ПК, що призводять до зменшення середнього розміру нанокристалітів. В рамках квантово-розмірної моделі ФЛ це пояснює збільшення ефективності ФЛ і синій зсув спектра.

Рис. 8.2. Спектри фотолюмінесценції ПК: 1 – вихідного зразка ПК, 2 – після нанесення ДНК, 3 – після нанесення полі(рA), 4 – після обробки водою.

Вплив полінуклеотидів на цей процес полягає у зміні поверхневого заряду наноструктури в присутності полінуклеїнових кислот. Оскільки полінуклеотиди мають негативний заряд, то їх контакт з поверхнею ПК приводить до руху дірок з об’єму до поверхні ПК. Як відомо, дірки беруть участь у процесі взаємодії води та ПК, і таким чином взаємодія ПК з водним розчином значно підсилюється. Відмінності впливу різних типів спіральних структур пов’язуються з різною густиною поверхневого заряду негативного заряду молекул одно- та двониткових полінуклеотидів.

Чутливість ФЛ параметрів наноструктурованого кремнію до властивостей розчинених в воді біомолекул може знайти практичне застосування в приладах для реєстрації взаємодії однониткова ДНК/комплементарна ДНК та актів зв’язування інших біомолекул.

Виявилося, що інтенсивність ФЛ ПК є також чутливою до утворення на його поверхні імунних комплексів, що дозволило створити імунні сенсори, які працюють за принципом гасіння ФЛ при зв’язуванні молекул, що детектуються, зі специфічними антитілами. Зміна іншої характеристики ПК – показника заломлення – використовується в оптичному інтерференційному біосенсорі для детектування різних біомолекулярних комплексів таких як олігонуклеотиди, взаємодії антитіло- антиген та інші.