俄罗斯技术转化项目——用于生物医学传感和诊断治疗的纳米团簇和纳米组合物

 

所属行业：科学研究和技术服务业

 

成果属性：生物、医药新品种/感官和医学的新发展

 

技术领域：新材料

 

成熟度：研发

 

拟交易价格：面议

 

技术合作方式：合作开发

 

技术成果/项目简介：目前，难以估量纳米技术在医学和改善人类生活质量方面的重要性。采用纳米材料，可创建用于生物培养基沉积和生长的无源平台和有源元件、各种类型的生物传感器、用于人工组织和器官培养的基质、可视化生物标记，包括现阶段研究的药物治疗策略——分子治疗诊断和靶向药物输送。

        鉴于该方向具有极高的现实意义，因此选择了本报告主题。本报告主题针对圣彼得堡国立电工大学（列宁格勒电工学院）在创建纳米结构（纳米团簇、纳米组合物等）方面所获得的主要成果，这些结构对于生物医学传感和诊断治疗十分重要。同时，本报告还简要介绍了圣彼得堡国立电工大学（列宁格勒电工学院）正在研究的主要材料学方向：金刚石电子、碳化硅电子、柔性电子。

本报告主题涉及上述这些方向中的第三个方向。在报告的主要部分中，认为材料的原子-分子合成是制取纳米材料的主要技术策略[1]。以多孔阳极氧化铝纳米薄膜（基于por-Al2O3等的生长平台）为例，简要介绍了纳米多孔氧化物的创建和应用成果[2-4]。举例圣彼得堡国立电工大学创建的传感信息柔性共形平台，该平台可能自身合成功能元件（图1）。这些元件是用于各种用途的传感器，例如，用于全面监测环境状况、用于检查调整人体机能状态等。本报告的主要部分针对本大学研究的纳米材料的物理技术和物理化学特性，在这些纳米材料的基础上，有望研发出传感器和治疗诊断系统。

        研究了微孔-介孔-大孔硅纳米颗粒表面的设计特点。表示可通过改变多孔性基体（多孔硅（por-Si））的表面参数来控制金属纳米团簇的组装体系[5]。根据制取的技术条件，区分了作为基体材料的多孔硅的两组关键参数：几何参数（多孔性、表面形态、多孔状结构类型、孔的类型、孔的尺寸分布、比表面积、层次性、分形性）和物理化学参数（孔表面的相组成和功能组成（刘易斯吸附中心、布兰斯塔德吸附中心、电子密度的重新分布））[6-10]。并表明，在使用电化学方法制取多孔硅时，通过控制阳极氧化电流的密度，可以在多孔硅表面上获得一定的吸附中心[6]。

        以有机物（药物、荧光团）、无机物（金属、金属氧化物、化合物半导体、胶体量子点等）[11-14]为例，进行了实验证明，证实了，表面的功能组成以及表面的能量特性，将在很大程度上决定多孔性基体与掺入的各种性质的纳米材料之间的相互作用的性质。

        以心脏药物多孔硅表面的吲哚菁绿蜂窝状多孔荧光膜和多孔硅氨基糖苷类抗生素连续或枝状膜为例[12、14]，这种控制“客”相生长和定位系统的能力，对于靶向药物输送时多孔硅作为输送系统的应用也很重要，可以将不同功效的多种物质结合在一个多孔输送颗粒上。

        说明了多孔硅纳米颗粒通过组织血液屏障向大鼠内耳靶向输送抗生素的成功实施案例（静脉内施用药物功能化颗粒）[15]。在成年Wistar大鼠身上研究了60-80 纳米级别por-Si颗粒的活体生物分布。在肝脏和心脏的组织中发现所施用的纳米物体，这些纳米物体的形状、大小无明显变化，并且主要处于氧化状态。通过评估庆大霉素对耳作用的强度，研究了使用por-Si样品作为静脉内给药时药物传输基体的可能性。通过客观听力法研究耳声发射幅度，发现了在使用亚微米级（500-600 纳米）por-Si颗粒作为分散药物输送系统时，庆大霉素有最大耳抑制作用。因而表明了，针对特定靶向药物输送任务，未来实现输送颗粒最佳物理化学参数的方法，是改变por-Si纳米颗粒的合成条件。

        以FemOn-SiO2胶体颗粒（有壳或无壳）[16-18]为例，讨论了用于治疗诊断学的磁性纳米颗粒（磁性颗粒、磁性液体）的合成和性质特点。与圣彼得堡巴甫洛夫第一国立医科大学、阿尔马佐夫国家医学研究中心、奥特妇产科学研究所合作，共同完成了与医学领域有关的部分工作[19、20]。

以铅铯卤化物和无镉三元硫族化合物（Ag-In-S / ZnS, Cu-In-S / ZnS），包括锰合金[21-23]为例，简要介绍了钙钛矿胶体量子点合成和性质方面的主要研究成果。

        介绍了基于氧化锌纳米棒创造的气敏多点触控芯片的成果，由于神经形态信号处理原理和传感元件材料的超表面，该芯片允许选择性分离酒精蒸汽信号（异丙醇、乙醇、丁醇），且灵敏度超过1 ppm [24]。说明了已开发且获得专利的氧化锌纳米棒生长纳米光刻原理，该项专利已被列入俄罗斯2018年度百100项最佳专利[25]。

1.美国专利。2013/0251978 A1，26.09.2013。使用聚酰亚胺Langmuir-Blodgett膜的多孔材料的孔密封的方法。 Luchinin V.，Goloudina S.，Pasyuta V.等。

2.俄专利2522005С2，07.10.2014。 生长微生物细胞菌落的方法及其实施装置。 Ziminat M.，Solovyova。 V.，Luchininv. V。等。

3.纳米多孔Al2O3层的合成工艺参数对其结构特征的影响// Muratova E.N.，Spivak Yu.M.，Moshnikov V.A.等人，Glass Physics and Chemistry.2013。卷39.没有3.P 320-328。 DOI：10.1134 / S1087659613030140

4.氧化铝膜作为氢能中使用的结构的掩模。 Moshnikov V.A.，Muratava E.N.，Spivak Y.M. //国际氢能杂志。 ‒ 2017年.‒ V.42，№34.‒第21817-21821页。 DOI：10.1016 / j.ijhydene.2017.07.133

5.多孔硅作为纳米复合材料的材料及其参数对银团簇形态的影响。 Spivak。2018 IEEE国际标准Conf。 EExPolytech 2018. 244-248

6.在不同条件下制备和处理的多孔硅的表面功能特征Spivak Yu.M.，Myakin S.V.，Moshnikov V.A.，等人，J.Nanomaterials。 2016.卷2016.第2629582页

7.多孔硅的电子结构和相组成的研究Lenshin A.S.，Kashkarov V.M.，Spivak Y.M.，Moshnikov V.A.玻璃物理与化学。 2012年38.№3. P. 315-321。

8. A.S. Lenshin，V.M.喀什卡罗夫，于。斯皮瓦克（V.A.）莫什尼科夫。基于p型多孔硅的纳米反应器的研究：电子结构和相组成//材料化学和物理。第135卷，2012年第2-3期。第293-297页。

9.采用接触角法，工艺条件对多孔硅表面能的影响。 Pastukhov A.I.，Belorus A.O.，Bukina Ya.V.，Spivak Yu.M.，Moshnikov V.A. // 2017年IEEE电气电子工程学青年研究者大会（EIConRus）2017年会议论文集。 1183-1185。

10.电化学阳极氧化硅中具有多个孔隙水平的自组织多孔结构。 Spivak Y.M.，Moshnikov V.A.，Kuznetsov V.V.等。 //第六届功能和纳米结构材料研讨会，第十届分子间和电磁相互作用问题会议，2009年9月27日至30日，意大利苏尔莫纳-拉奎拉，2009年，第P067页。

11.用于气体传感应用的带有嵌入式金属氧化物的多孔硅。 V.A.Moshnikov，I.E.Gracheva，A.S.Lenshin等。 // Journal of Non-Crystalline Solids，第一卷358是。 2012年3月，第590-595页。

12.研究了被卡那霉素，荧光团吲哚菁绿Bespalova K.，Somov P.A.，Spivak Yu.M. // JP：CS。 2017年929。第012058页。

13.含硅的多孔基质-PbS纳米粒子系统的发光特性Tarasov S.A.，Aleksandrova O.A.，Lamkin I.A.等。 //半导体。 2015年49.№13. P.1710-1713。

14.获得多孔硅纳米颗粒表面药用功能化的方法及实例。 Spivakyu. M.，Bespalovak. A.，Belorusa. O.等。 //生物技术圈。 2017.3号（51）。 С. 69-75。

15.多孔硅作为纳米材料，用于靶向药物向内耳的分散传输系统。 Spivak Y.M.，Belorus A.O.，Moshnikov V.A.等。 //技术物理。俄罗斯应用物理学杂志。2018.卷63.№9.第1352-1360页。 DOI：10.1134 / S1063784218090207

16.磁性流体中电磁吸收系数的频率依赖性。 K.G.Gareev等。 //技术物理学，《俄罗斯应用物理学杂志》。 2019，卷64，第6号，第893–896页。

17.将磷酸肌酸固定在二氧化硅和磁铁矿纳米颗粒的表面上，用于靶向药物递送。 Korolev D.V.等。 //俄罗斯化学通报。 2019.V.68，第5.第1096–1101页。

18.具有不透射线标记的磁性纳米颗粒的合成。 D.V. Korolev等。 //俄罗斯一般化学杂志。 2018，卷88，第12号，第2698–2701页。

19.胶体CdSe和ZnSe / Mn量子点：它们的细胞毒性和对细胞形态的影响。 Drobintseva A.O.，Matyushkin L.B.，Aleksandrova O.A.等。 //圣彼得堡工业大学学报：物理与数学。 2015年1.№3.第272-277页。

20.非极性和水性介质中胶体量子点合成的特征。 Aleksandrova O.A.，Mazing D.S.，Matyushkin L.B.，Moshnikov V.A. //在纳米结构的合成，表征和建模中，N.Y.，NOVA，2016年。第47-60页

21.Mazing，D.S。等人。 ZnSe：Mn纳米晶的电子顺磁共振研究//应用磁共振，2017. 48（7），731-737。

22.M.Istomina等。基于ZAIS的胶体QDS AS荧光标记物，用于治疗诊断：物理性质，生物分布和生物相容性// Rus公告。国家军医。大学6（2018）。

23.Mazing，D.S。等人。水溶液中三元金属硫族化物胶体纳米晶体的合成//光谱学，2012。125（5）

24.基于片上生长的氧化锌纳米网络多传感器阵列。Bobkov A.等。//传感器。– 2019年19页。 4265。

25．俄罗斯联邦2017年7月12日第2655651号专利。超表面晶体结构纳米光刻图的制作方法。И.А.阿韦林、А.А.博布科夫、卡尔马诺夫等。

 

科研团队核心人员姓名：斯皮瓦克·尤利娅·米哈伊洛芙娜

 

职务/职级：物理与数学科学副博士，副教授

 

单位名称：圣彼得堡国立电子技术大学

 

团队或所属部门名称：“纳米材料”教育科学实验室，微电子和纳米电子系

 

个人简历：微米与纳米电子学系的副教授和副博士，其著作超过80种科学出版物，其中8种是教育出版物，3个学术论文和4项俄罗斯联邦专利。

        于2004年以优异成绩从圣彼得堡国立电工技术大学毕业，并于2008年为论文04/01/2010专攻半导体物理答辩。

        他在探测和激光纳米技术和多孔纳米材料技术领域进行演讲。 2011年在科教活动领域获得圣彼得堡政府奖金。由开发扫描探针显微镜的俄罗斯公司NT-MDT进行的实验室方法学作品扫描探针显微镜实习科目竞赛中的第一名。

        研究兴趣：分层多孔材料，基于多孔材料的纳米组合物，多孔硅，纳米颗粒，用于生产纳米结构材料的电化学方法，基于多孔纳米颗粒的靶向药物递送系统，抗扩散扫描显微镜，原子力显微镜。

 

联系方式：段晓宇 duanxiaoyu0158@163.com