ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Метою роботи є синтез наноструктур на основі фториду лантану, перспективних для застосування в фотодинамічній терапії пухлинних захворювань органів черепної порожнини та кісткових тканин; дослідження їхніх структурних властивостей і спектрів люмінесценції. Синтез LaF₃:Tb³⁺ здійснено  співосадженням компонентів із водного та спиртового (метанол) розчину. Як прекурсори використано: La(NO₃)₃×6H₂O, TbCl₃, NH₄F. Всі реактиви кваліфікації «хч». Як розчинник використано дистильовану воду, метанол. Синтез нанорозмірного магнетиту в однодоменному стані виконували методом Елмора. Синтезовані нанодисперсні зразки були охарактеризовані методами рентгенівської дифракції, диференціального термогравіметричного аналізу, просвічуючої електронної мікроскопії. Вивчалися також магнітні властивості і спектри УФ-люмінесценції. Виявлено, що дифрактограми зразків LaF₃:Tb³⁺, синтезованих у середовищі води і метанолу, принципово не різняться. В умовах експериментів найбільш досконалі кристали гексагональної сингонії утворювались при кристалізації в автоклаві. Їхній середній розмір становив ~ 15 нм. Довжина ПЕМ-зображень кристалів LaF₃:Tb³⁺ перевищує ширину в 3–4 рази. Кристали схильні до агрегації та утворення ланцюжкових структур. Спектр УФ-люмінесценції синтезованих нанодисперсних зразків в середовищі води в концентрації 0.5 мг/мл та збудженні ультрафіолетовим випромінюванням є характерним для структури LaF₃:Tb³⁺. Синтезовано ансамблі частинок НК Fe₃O₄/LaF₃:Tb³⁺. Методами просвічуючої електронної мікроскопії встановлено, що форма частинок НК і нанокристалів LaF₃:Tb³⁺ принципово відрізняються. Частинки НК Fe₃O₄/LaF₃:Tb³⁺ мають кулясту форму, що характерно структурам типу ядро-оболонка. Рентгенівські дифрактограми НК підтверджують цей висновок. Умови синтезу НК істотно не змінювали магнітні властивості їхніх ядер – однодоменних НЧ Fe₃O₄. Спектр люмінесценції НК Fe₃O₄/LaF₃:Tb³⁺ істотно відрізняється від спектра зразків нанодисперсних LaF₃:Tb³⁺ як за інтенсивністю, так і за структурою смуг. Вказані спектральні відмінності можуть бути обумовлені відмінностями будови, особливостями нанокристалічної структури, вмістом сцинтилятора LaF₃:Tb³⁺ та іонів Tb³⁺ в зразках нанокристалів LaF₃:Tb³⁺ та оболонках нанокомпозитів Fe₃O₄/LaF₃:Tb³⁺. Композити диспергованого біоскла 60S з нанодисперсним кристалічним LaF₃:Tb³⁺ в сухому стані та середовищі дистильованої води демонстрували наявність люмінесценції при збудженні УФ-випромінюванням. Результати роботи свідчать про перспективність синтезованих структур для подальших досліджень в умовах збудження високопроникним «м’яким» рентгенівським випромінюванням з метою їхнього використання в оптофармакології та фотодинамічній терапії пухлинних захворювань органів черепної порожнини та кісткових тканин. Оптимізація властивостей вихідних нанодисперсних люмінофорів, їхніх композицій з біоактивним склом та магніточутливими носіями  Fe₃O₄ дозволить істотно покращити експлуатаційні характеристики.

Roco M.C., Williams R.S., Alivisatos P. Vision for Nanotechnology R&D in the Next Decade. (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2002).

Shpak A.P., Gorbyk P.P. Nanomaterials and Supramolecular Structures: Physics, Chemistry, and Applications. (Nederlands: Springer, 2009). https://doi.org/10.1007/978-90-481-2309-4

Gorbyk P.P., Lerman L.B., Petranovska A.L., Turanska S.P., Pylypchuk I.V. Magnetosensitive Nanocomposites with Hierarchical Nanoarchitecture as Biomedical Nanorobots: Synthesis, Properties, and Application. In: Fabrication and Self-Assembly of Nanobiomaterials, Applications of Nanobiomaterials. (Elsevier, 2016). https://doi.org/10.1016/B978-0-323-41533-0.00010-6

Abramov M.V., Kusyak A.P., Kaminskiy O.M., Turanska S.P., Petranovska A.L., Kusyak N.V., Gorbyk P.P. Magnetosensitive nanocomposites based on cisplatin and doxorubicin for application in oncology. In: Horizons in World Physics. 2017. 293: 1.

Abramov M.V., Petranovska A.L., Kusyak N.V., Kusyak A.P., Korniichuk N.M., Turanska S.P., Gorbyk P.P., Luk'yanova N.Yu., Chekhun V.F. Synthesis and properties of magnetosensitive nanocomposites and ferrofluids based on magnetite, gemcitabine and HER2 antibody. Funct. Mater. 2020. 27(2): 283. https://doi.org/10.15407/fm27.02.283

Kusyak A.P., Petranovska A.L., Dubok V.A., Chornyi V.S., Bur'yanov O.A., Korniichuk N.M., Gorbyk P.P. Adsorption immobilization of chemotherape utic drugcis platin on the surface of sol-gel bioglass 60S. Funct. Mater. 2021. 28(1): 97.

Hench L.L., Fielder E. Biological Gel-Glasses. In: Sol-Gel Technologies for Glass Producers and Users. (Springer Science, Business Media, 2004). https://doi.org/10.1007/978-0-387-88953-5_21

Dutra C.E.A., Pereira M.M., Serakides R., Rezende C.M.F. In vivo evaluation of bioactive glass foams associated with platelet-rich plasma in bone defects. J. Tissue Eng. Regener. Med. 2008. 2(4): 221. https://doi.org/10.1002/term.86

Buryanov O.A., Chornyi V.S., Protsenko V.V., Shapovalov V.S., Kusyak V.A. Analysis of replacement of bone defects by calcium phosphate biomaterials in bone diseases. Litopys Travmat. Ortoped. 2018. 1-2: 37. [in Ukrainian].

Kusyak A.P., Petranovska A.L., Shuba Y.M., Kravchuk D.I., Kravchuk L.I., Buryanov O.A., Chornyi V.S., Sobolevskyi Y.L., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of nanodisperse luminophores for photodynamic and optopharmacologic therapies of tumors of cranial cavity and bone tissue. In: Chemistry, Physics and Technology of Surface. Nanostructures and Nanomaterials in Medicine: Challenges, Tasks and Perspectives. Proc. Ukr. Int. Conf., Workshop (Kyiv, 2021). P. 125.

Medvedev I.B., Belikova Ye.I., Syamichev M.P. Photodynamic therapy in ophthalmology. (Moscow, 2006). [in Russian].

Helfond M.L. Photodynamic therapy in oncology. Pract. Oncol. 2007. 8(4): 204. [in Russian].

Lytvynenko B.V., Korovin S.I., Litus O.I., Bashtan V.P., Lytvynenko V.Ye. Photodynamic therapy is a modern effective method of treating basal cell skin cancer. Clinical Surgery. 2016. 6: 71. [in Ukrainian].

Gorobets' S.V., Gorobets' O.Yu., Gorbyk P.P., Uvarova I.V. Functional bio- and nanomaterials of medical destination. (Kyiv: Kondor, 2018). [in Ukrainian].

Min-Hua C., Yi-Jhen J., Sheng-Kai W., Yo-Shen C., Nobutaka H., Feng-Huei L. Non-invasive photodynamic therapy in brain cancer by use of Tb3+-doped LaF3 nanoparticles in combination with photosensitizer through X-ray irradiation: a proof-of-concept study. Nanoscale Res. Let. 2017. 12: 62. https://doi.org/10.1186/s11671-017-1840-3

Liu Y., Chen W., Wang S., Joly A.G., Westcott S., Woo B.K. X-ray luminescence of LaF₃:Tb³⁺ and LaF₃:Ce³⁺, Tb³⁺ water-soluble nanoparticles. J. Appl. Phys. 2008. 103(6): 063105. https://doi.org/10.1063/1.2890148

Hsiu-Wen C., Chien-Hao H., Chien-Hsin Y., Tzong-Liu W. Synthesis, optical properties, and sensing applications of LaF₃:Yb³⁺/Er³⁺/Ho³⁺/Tm³⁺ upconversion nanoparticles. Nanomaterials. 2020. 10(12): 2477. https://doi.org/10.3390/nano10122477

Gorbyk P.P. Medico-biological nanocomposites with functions of nanorobots: state of research, development and prospects for practical implementation. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2020. 11(1): 128. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp11.01.128

Dubok V.A., Protsenko V.V., Shynkaruk A.V., Atamanenko O.N. A new generation of bioactive ceramics - special features of properties and clinical results. Orthopedics, Traumatology and Prosthetics. 2008. 3: 91. [in Russian].

Buryanov A.A., Chornyi V.S., Dedukh N.V., Dubok V.A., Protsenko V.V., Omelchenko T.N., Vakulich M.V., Lyanskorunskiy V.N., Shapovalov V.S., Abudeikh U. Peculiarities of regenerative reactions in filling bone defects with bioglass in combination with autologous plasma enriched with platelets. Trauma. 2019. 20(6): 56. [in Russian]. https://doi.org/10.22141/1608-1706.1.20.2019.158670

Mangaiyarkarasi R., Chinnathambi S., Karthikeyan S., Aruna P., Ganesan S. Paclitaxel conjugated Fe₃O₄@LaF₃:Ce³⁺,Tb³⁺ nanoparticles as bifunctional targeting carriers for cancer theranostics application. J. Magn. Magn. Mater. 2016. 399: 207. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.09.084

Zhang F., Braun G.B., Pallaoro A., Zhang Y., Shi Y., Cui D., Moskovits M., Zhao D., Stucky G.D. Mesoporous multifunctional upconversion luminescent and magnetic "nanorattle" materials for targeted chemotherapy. Nano Lett. 2011. 12(1): 61. https://doi.org/10.1021/nl202949y

DiMaio J., Kokuoz B., James T.L., Harkey T., Monofsky D., Ballato J. Photoluminescent characterization of atomic diffusion in core-shell nanoparticles. Opt. Express. 2008. 16(16): 11769. https://doi.org/10.1364/OE.16.011769

Jing K., Guo X., Diao X., Wu Q., Jiang Y., Sun Y., Zhu Y. Synthesis and characterization of dipicolinate sensitized LaF₃ :Tb³⁺ nanoparticles and their interaction with bovine serum albumin. J. Lumin. 2015. 157: 184. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.08.061

Patro L.N., Kamala Bharathi K., Ravi Chandra Raju N. Microstructural and ionic transport studies of hydrothermally synthesized lanthanum fluoride nanoparticles. AIP Adv. 2014. 4(12): 127139. https://doi.org/10.1063/1.4904949

Tang Y., Hu J., Elmenoufy A.H., Yang X. Highly efficient FRET system capable of deep photodynamic therapy established on X-ray excited mesoporous LaF₃:Tb scintillating nanoparticles. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. 7(22): 12261. https://doi.org/10.1021/acsami.5b03067

Kasturi S., Marikumar R., Vaidyanathan S. Trivalent rare-earth activated hexagonal lanthanum fluoride (LaF₃ :RE³⁺ , where RE = Tb, Sm, Dy and Tm) nanocrystals: synthesis and optical properties. J. Lumin. 2018. 33(5): 897. https://doi.org/10.1002/bio.3488