к списку работ

Разработка технологии изготовления функциональных композитных
микрочастиц на основе микросфер диоксида кремния

Исполнитель: Соболева Ирина Владимировна младший научный сотрудник Международного учебно-научного лазерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова Научный руководитель: к.ф.-м.н. Федянин Андрей Анатольевич

Краткая аннотация

Технологии производства полистироловых и кварцевых частиц являются известными и хорошо отработанными. На этом рынке действует много зарубежных компаний, таких как G.Kisker GbR - Produkte f.d.Biotechnologie, microParticles GmbH, PolyMicrospheres, Inc., Postnova Analytics GmbH, Bangs Laboratories, Inc. и многие другие. При этом в России рынка микрочастиц практически не существует. Между тем, область применения микрочастиц чрезвычайно разнообразна. Кварцевые микрочастицы используются, например, при проведении биологических исследований (осаждение и перенос нуклеиновых кислот, доставка лекарств, иммуноанализ и т.д.), в микро- и наноэлектронике (для создания двумерных и трехмерных полупроводниковых микроструктур), в атомно-силовой и ближнепольной микроскопии (для создания калибровочных образцов).

Однако прозрачные микросферы диоксида кремния обладают некоторыми недостатками, а именно, они являются оптически пассивными. Целью данной работы является создание новой технологии покрытия  микросфер диоксида кремния функциональными нанопокрытиями. Для специфичеких приложений известны методы функционализации поверхности кварцевых частиц, например, аминогруппами, биологическими материалами – белками, протеинами. В данной работе предложено использовать для функционализации микрочастиц магнитные (магнетит) и плазмон-активные (золото) материалы, также использовать многослойное покрытие с чередованием золота и магнетита. Покрытие частиц магнитными материалами позволяет использовать такие частицы в качестве основы для микроскопии магнитных свойств различных структур, а при использовании их в оптическом пинцете они открывают возможность исследовать магнитные свойства биологических объектов in vivo на микроуровне.

Достигнутые результаты

Отработана методика получения водных суспензий кварцевых микрочастиц.  Для синтеза сфер диоксида кремния использовался метод Штобера. Для изменения среднего размера микросфер в суспензии объем NH₃ изменялся от 0.3 до 6.8 мл при фиксированном соотношении объемов Si(C₂H₅O)₄: C₂H₅OH: H₂O 2.9: 20: 20. Время синтеза составило 30 мин, после чего каждый образец пятикратно промывался дистиллированной водой. Характеризация полученных микрочастиц проводилась методом динамического светорассеяния, АСМ и СЭМ-микроскопии. Получены суспензии частиц со средним размером в диапазоне от 70 до 700 нм. На рис. 1 приведены изображения микросфер, полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа. Частицы представляют собой однородные по форме и размеру сферы, средний размер которых составляет 160 нм.

Исследована зависимость полидисперсности полученных суспензий в зависимости от условий синтеза. Обнаружено, что полидисперсность может быть значительно уменьшена при дополнительной обработке исходных реагентов. Известно, что зарождение частиц диоксида кремния происходит при добавления NH₃ к Si(C₂H₅O)₄. Обнаружено, что уменьшение концентрации исходного Si(C₂H₅O)₄ в момент добавления NH₃ способствует более равномерному протекания реакции и уменьшению дисперсии итоговой суспензии в 1.5 – 2 раза. Полученные значения дисперсии размеров микрочастиц в суспензии составляет от 10% до 20%.