SUPERVISOR
Sheyda Labbaf,Fatallah Karimzadeh
شیدا لباف (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
STUDENT
Bita Shahpouri Arani
بیتا شاه پوری ارانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Fabrication and characterization of platinum base nanomotors in drug release application
Nanomotors are used for a variety of applications, including nanosurgery, sensors, imaging, and drug delivery. Recently, the use of nanomotors in the treatment of cancer has been considered. Nanomotors used in various studies include hydrogen peroxide-driven nanomotors, water-driven nanomotors, ultrasonic-responsive nanomotors, temperature-responsive nanomotors, and magnetic nanomotors. . In this type of nanomotors, we can mention disadvantages such as toxic hydrogen peroxide fuel, short life of water-driven nanomotors, possible destruction of tissues in the body by ultrasonic energy and damage to biological systems if temperature is applied. In this research, the fabrication and characterization of platinum-based nanomotors based on magnetic forces for drug release has been investigated. For this purpose, silica microparticles were used as carriers, Fe-Ni coating was used to create magnetic properties and Platinum coating was used before and after iron-nickel coating to protect this coating and also to prevent allergic reactions. . In this regard, first silica microparticles with a diameter of 8.1 ?m were synthesized using ethanol, ammonia, potassium chloride and TEOS by Stuber method. Toluene and (3-aminopropyl) triethoxy silane were used to modify the surface of these particles to load and release the drug. Doxorubicin was loaded by silica particles using solution and its loading percentage was calculated by changing the weight before and after drug loading. Drug delivery was performed in solution and the results were analyzed at 1, 2, 3, 4, 24, 48 hours using an ultraviolet spectrophotometer. . The results of XRD, SEM, EDS Zeta Potential, DLS, FT-IR and UV showed that silica particles with a diameter of 8.1 ?m were formed and the silica surface was repaired properly and the drug was loaded and released successfully. Then, to prepare the silica particles to form a coating on one side of the silica microparticles, dilute the silica powder to create a monolayer of it, and then to protect the iron-nickel coating, platinum 2 nm thick on the single The silica layer was coated by electron beam method. Iron-nickel targets were prepared from iron and nickel powders for 12 minutes using method at temperature of 800 ° C, pressure of 30 MPa, pulse of 60-240 ms, voltage of 2.5 V and current of 1500 amps for 12 minutes. Then, the rate of iron-nickel coating was calculated by coating for 30 minutes and then iron-nickel coating was applied on it for 10 minutes. The results of SEM, EDS showed that an iron-nickel layer with a thickness of 300 nm was formed and the Contact Angle results showed the hydrophilicity of this coating. Then, in order to protect the iron-nickel coating and prevent the sensitivity, the platinum coating was performed on the monolayer of silica with iron-nickel coating using electron beam method. The resulting silica monolayer was separated at a 45-degree angle at a speed of 10 micrometers per second using a stepper motor designed and fabricated in this study. The resulting nanomotor movement in solution was examined by applying a magnetic field using a coil using a light microscope with 200x magnification. The results showed that the movement of this nanomotor is controllable, moves under a magnetic field, does not need to use toxic fuel and has a speed of 5 micrometers per second. Loading and release of the drug was possible by superficial modification of silica carrier particles, which loaded the drug at a rate of 30%. The results of drug release showed that drug release was slower in the environment with pH = 4.7, which means that it has better performance for environments with pH = 4.7, so the resulting nanomotor has an effective efficiency. Keywords: Nanomotors, Silica, Platinum, Iron-Nickel Alloy, Drug Release, Cancer
نانوموتورها برای کاربردهای مختلفی از جمله نانوجراحی، حسگر، تصویربرداری و رهایش دارو به کار برده میشود. اخیرا استفاده از نانوموتورها در درمان سرطان مورد توجه قرار گرفته است. ازجمله نانوموتورهایی که در پژوهشهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است میتوان به نانوموتورهای رانده شده با سوخت هیدروژن پراکسید، نانوموتورهای رانده شده با آب، نانوموتورهای پاسخ دهنده به انرژی فراصوت، نانوموتور پاسخ دهنده به دما و نانوموتورهای مغناطیسی اشاره کرد. در این نوع نانوموتورها میتوان به معایبی همچون سوخت سمی هیدروژنپراکسید، عمر کوتاه نانوموتور رانده شده با آب، تخریب احتمالی بافت های موجود در بدن توسط انرژی فراصوت و آسیب به سیستم های بیولوژیکی در صورت اعمال دما اشاره کرد. در این پژوهش، ساخت و مشخصهیابی نانوموتورهای پایه پلاتین مبتنی بر نیروهای مغناطیسی برای رهایش دارو مورد پژوهش قرار گرفته است. بدین منظور از میکروذرات سیلیکا به عنوان حامل، از پوشش Fe-Ni بهمنظور ایجاد خاصیت مغناطیسی و پوشش پلاتین قبل و بعد از پوشش دهی آهن-نیکل بهمنظور محافظت از این پوشش و همچنین جلوگیری از ایجاد واکنش های حساسیت زا استفاده شد. در این راستا ابتدا میکروذرات سیلیکا با قطر 1/8 میکرومتر با استفاده از اتانول، آمونیاک، پتاسیم کلرید و TEOS توسط روش اشتوبر سنتز شد. برای اصلاح سطحی این ذرات جهت بارگذاری و رهایش دارو از مواد تولوئن و (3- آمینو پروپیل) تری اتوکسی سیلان، استفاده گردید. لود داروی دوکسوروبیسین توسط ذرات سیلیکا با استفاده از محلول انجام شد و درصد بارگذاری آن با تغییر وزن قبل و بعد از بارگذاری دارو محاسبه شد. رهایش دارو نیز در محلول انجام گردید و نتایج آن در زمان های 1، 2، 3، 4، 24، 48 ساعت با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر فرابنفش تحلیل شد. . نتایج XRD ،SEM ، EDS Zeta Potential ، DLS، FT-IR و UV نشان داد که ذرات سیلیکا با قطر 1/8 میکرومتر تشکبل گردید و اصلاح سطحی سیلیکا به درستی انجام شده و لود و رهایش دارو نیز با موفقیت انجام گردید. پس از آن، جهت آمادهسازی ذرات سیلیکا برای ایجاد پوشش در یک طرف میکروذرات سیلیکا، رقیق سازی پودر سیلیکا جهت ایجاد تک لایه ای از آن انجام گردید و سپس به منظور محافظت از پوشش آهن-نیکل، پلاتین به ضخامت 2 نانومتر برروی تک لایه سیلیکا با روش پرتو الکترونی پوشش داده شد. تارگت آهن-نیکل با استفاده از روش در دمای 800 درجه سانتیگراد، فشار 30 مگاپاسکال، پالس 60-240 میلیثانیه، ولتاژ 2.5 ولت و جریان 1500 آمپر به مدت 12 دقیقه از پودرهای آهن و نیکل تهیه شد. بعد از آن سرعت پوشش دهی آهن- نیکل با پوششدهی به مدت 30 دقیقه محاسبه شد و سپس به مدت 10 دقیقه پوشش آهن-نیکل برروی آن ایجاد شد. نتایج SEM، EDS نشان داد که لایه آهن- نیکل با ضخامت 300 نانومتر تشکیل شد و نتایج Contact Angle خاصیت آبدوستی این پوشش را نشان داد. در ادامه به منظور محافظت از پوشش آهن-نیکل و جلوگیری از حساسیت، پوشش دهی پلاتین با استفاده از روش پرتو الکترونی برروی تک لایه سیلیکا دارای پوشش آهن-نیکل انجام گردید. تک لایه سیلیکا حاصله به کمک استپرموتوری که در این پژوهش طراحی و ساخته شد تحت زاویه 45 درجه و با سرعت 10 میکرومتر بر ثانیه جدا شد. حرکت نانوموتور حاصله در محلول با استفاده از اعمال میدان مغناطیسی به کمک سیمپیچ به وسیله میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی 200 برابر بررسی شد. نتایج بررسی ها نشان داد که حرکت این نانوموتور قابل کنترل بوده، تحت میدان مغناطیسی حرکت کرده، نیازی به استفاده از سوخت سمی نداشته و دارای سرعت 5 میکرومتر بر ثانیه است. لود و رهایش دارو با اصلاح سطحی ذرات حامل سیلیکا امکانپذیر بود که لود دارو به میزان 30% بود. نتایج رهایش دارو نشان داد که آزاد شدن دارو در محیط دارای pH=7/4 آهستهتر انجام شد و بدین معنا است که برای محیط های دارای pH=7/4 کارایی بهتری دارد پس درنتیجه نانوموتورحاصله کارآیی موثری دارد. کلمات کلیدی: نانوموتور، سیلیکا، پلاتین،آلیاژ آهن-نیکل، رهایش دارو، سرطان