Synthesis and characterization of monodisperse silica based functional nanoparticles for multi-purpose applications

Abstract

Su, amonyak ve etanol içerisinde TEOS'un hidroliz ve yoğuşma reaksiyonlarının gerçekleştiği, Sol-jel yöntemine dayalı olan Stöber metodu kullanılarak tek dağılımlı eş büyüklükte silika nanoparçacıklar sentezlenmiştir. Bu yöntemle farklı mol miktarlarına sahip reaktantların ?amonyak, TEOS ve su- silika parçacığın büyüklüğünde ve büyüklük dağılımındaki etkisi araştırılmıştır. Amonyak, TEOS ve su miktarının artması silika parçacıklarının büyümesine neden olduğu belirlenmiştir. Bu yöntemle büyüklüğü 10 nm ile 500 nm arasında silika nanoparçacıklar sentezlenmiştir.L-lizin kullanılarak tek dağılımlı silika nanoparçacıkların sentezlendiği yeni Stöber yöntemi geliştirilmiştir. Oktan, su ve kataliz olarak L-lizin ortamında TEOS'un hidroliz ve yoğuşma reaksiyonlarının gerçekleştiği sentez sonucunda silika parçacıklar elde edilmiştir. Sıcaklık, L-lizin, TEOS, oktan ve boya miktarının parçacık büyüklüğü üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Oda sıcaklığında parçacık büyüklüğü 5.0 nm'ye kadar küçülürken, 1000C'de 80.0 nm'ye kadar çıkmaktadır. En küçük parçacık büyüklüğüne TEOS miktarı 50.0 mmol olduğunda ulaşılmıştır. L-lizin miktarı arttıkça parçacıkların çok az oranda büyürken, parçacık yüzeyinin daha çok L-lizin ile kaplandığı gözlenmiştir. Boya moleküllerinin silika parçacıkların büyüklüğü üzerinde önemli bir etkisi olmadığı ortaya konmuştur. Oktanın varlığının parçacık büyüklüğüne etkisi ise sınırlıdır.Silika parçacıkların ne MCF-7 ne de PC-3 hücreleri üzerinde herhangi bir toksik etki uyarmadığı ve hücrelerin çoğalmalarına devam ettiği sonucuna varılmıştır. Konfokal mikroskobu çalışmaları parçacıkların hücre sitoplazmasına geçtiklerini göstermiştir. Parçacıkların hücre içerisine geçmeleri için 5 dakika süre ve 0.1µg/mL konsantrasyonla inkübasyonlarının yeterli olduğu belirlenmiştir.Sonuç olarak, sentezlenen silika nanoparçacıkları biyogörüntüleme ve ilaç-taşıma uygulamalarında kullanımları beklenmektedir.

The Stöber method was performed to tune the size of monodisperse silica nanoparticles in the range of 10 to 500 nm. It was observed that increasing amount of reactants favors the formation of larger particles.A Stöber method in the presence of L-lysine as a catalyst instead of ammonia was developed to prepare well-ordered, highly monodisperse silica nanoparticles based on the hydrolysis and condensation of TEOS. The effect of medium temperature, amounts of L-lysine, TEOS, octane and dye on the size of particle was investigated. It was found that L-arginine increased the size of particles. The amount of TEOS was determined to be 50.0 mmol to obtain the smallest size of particle. The mole of L-lysine slightly altered the size of particles, however the surface of particles was substantially covered by L-lysine. The presence of octane does not change the size of particles. The amount of dye molecule Rhodamine B isothiocyanate (RBITC) does not alter the size of nanoparticles. We showed that temperature plays important role tuning the particle size from 5.0 nm to 80.0 nm.MTT assay indicates no cytotoxicity of the silica particles against MCF-7 (human breast cancer cell lines) and PC-3 (human prostate cancer cell lines) cancer cell lines. The particles enter to the cells within 5 minutes with a concentration of 0.1µg/mL.We propose that these particles can be used in the field of bioimaging and drug delivery.