ES2992723B2 - METHOD FOR SYNTHESIS OF POROUS SILICON NANOPARTICLES WITH LONG-LIFE PHOTOLUMINESCENCE - Google Patents
METHOD FOR SYNTHESIS OF POROUS SILICON NANOPARTICLES WITH LONG-LIFE PHOTOLUMINESCENCEInfo
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Description
MÉTODO DE SÍNTESIS DE NANOPARTÍCULAS DE SILICIO POROSO CONMETHOD OF SYNTHESIS OF POROUS SILICON NANOPARTICLES WITH
FOTOLUMINISCENCIA DE LARGA DURACIÓNLONG-LASTING PHOTOLUMINESCENCE
CAMPO DE LA INVENCIÓN FIELD OF INVENTION
La presente invención pertenece al campo técnico de materiales fotoluminiscentes y, más específicamente, a un método de síntesis de nanopartículas de silicio poroso con fotoluminiscencia de larga duración. The present invention belongs to the technical field of photoluminescent materials and, more specifically, to a method of synthesizing porous silicon nanoparticles with long-lasting photoluminescence.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
Las nanopartículas están tomando cada vez más importancia en el ámbito de la biomedicina y la biotecnología debido a su reducido tamaño, multifuncionalidad, posibilidad de adaptación de su superficie y biocompatibilidad. Debido a estas características, dentro de estos sectores se aplican principalmente como marcadores biológicos fluorescentes o como medios óptimos para la liberación controlada de fármacos, ingeniería de tejidos, tratamientos contra el cáncer, entre otras aplicaciones [1]. Nanoparticles are gaining increasing importance in biomedicine and biotechnology due to their small size, multifunctionality, surface customization, and biocompatibility. Because of these characteristics, they are primarily used in these sectors as fluorescent biological markers or as optimal media for controlled drug release, tissue engineering, and cancer treatments, among other applications [1].
Entre la amplia variedad de nanopartículas que ya se aplican o se están investigando en la actualidad, las nanopartículas luminiscentes de silicio poroso (LPSiNPs) son de las que mayor potencial de desarrollo tienen a corto, medio y largo plazo, debido principalmente a sus características fisicoquímicas y estructurales [2]: Among the wide variety of nanoparticles that are already applied or are currently being investigated, luminescent porous silicon nanoparticles (LPSiNPs) are those with the greatest development potential in the short, medium and long term, mainly due to their physicochemical and structural characteristics [2]:
- Debido a su porosidad, poseen una elevada relación superficie-volumen, lo que las convierte en un material idóneo para almacenar medicamentos en su estructura y emplearlas en sistemas de liberación controlada de fármacos. - Due to their porosity, they have a high surface-to-volume ratio, making them an ideal material for storing medications in their structure and using them in controlled drug-release systems.
- El método de síntesis a partir de la anodización de obleas monocristalinas de silicio provoca la formación de puntos cuánticos de silicio (quantum dots, QDs) que exhiben confinamiento cuántico, lo que provoca que estas nanopartículas muestren una intensa fotoluminiscencia en el espectro visible a temperatura ambiente cuando se iluminan con luz ultravioleta. Esta emisión de luz visible las hace óptimas para su uso como marcador biológico tanto en aplicacionesin-vivocomoin-vitro.- The synthesis method, based on the anodization of monocrystalline silicon wafers, results in the formation of silicon quantum dots (QDs) that exhibit quantum confinement. These nanoparticles exhibit intense photoluminescence in the visible spectrum at room temperature when illuminated with ultraviolet light. This visible light emission makes them ideal for use as biological markers in both in vivo and in vitro applications.
- Debido a la elevada reactividad de la superficie del silicio poroso, las nanopartículas expuestas a un entorno oxidante forman una matriz de subóxidos de silicio (SiO<x>, x = 2) que albergan los puntos cuánticos de silicio en su interior. Este material resulta ser perfectamente biocompatible [3]. - Due to the high reactivity of the porous silicon surface, nanoparticles exposed to an oxidizing environment form a matrix of silicon suboxides (SiO<x>, x = 2) that house the silicon quantum dots inside. This material turns out to be perfectly biocompatible [3].
- El silicio poroso es un material biodegradable, ya que se degrada en el organismo formando ácido ortosilícico, que se elimina a través de la orina. - Porous silicon is a biodegradable material, as it degrades in the body to form orthosilicic acid, which is eliminated through urine.
- El proceso de síntesis de LPSiNPs mediante la anodización electroquímica de obleas de silicio monocristalino es sencillo, económico y muy rápido. - The process of synthesizing LPSiNPs by electrochemical anodization of monocrystalline silicon wafers is simple, economical, and very rapid.
Existen en el estado del arte algunos ejemplos del uso de estas LPSiNPs. There are some examples in the state of the art of the use of these LPSiNPs.
US20110300222A1 describe nanopartículas luminiscentes de silicio poroso (LPSiNPs) que pueden transportar una carga útil de un fármaco y cuya fotoluminiscencia intrínseca del infrarrojo cercano (NIR) permite monitorear tanto la acumulación como la degradaciónin-vivo.Sin embargo, dicha fotoluminiscencia de las nanopartículas dura sólo 8 horas y las nanopartículas se autodestruyen en componentes que pueden ser fácilmente excretados o eliminados en un período de tiempo relativamente corto. US20110300222A1 describes luminescent porous silicon nanoparticles (LPSiNPs) that can carry a drug payload and whose intrinsic near-infrared (NIR) photoluminescence allows monitoring of both accumulation and degradation in vivo. However, such photoluminescence of the nanoparticles lasts only 8 hours and the nanoparticles self-destruct into components that can be easily excreted or eliminated in a relatively short period of time.
Todo esto es debido a que el silicio poroso es un material muy inestable y se degrada con mucha facilidad. Durante el proceso de síntesis del silicio poroso, toda la superficie de la lámina queda terminada en enlaces extremadamente reactivos de silicio-hidrógeno (Si-H), produciéndose la oxidación de este material desde el momento en el que se exponen a una atmósfera oxidante. All of this is because porous silicon is a very unstable material and degrades very easily. During the porous silicon synthesis process, the entire surface of the sheet is terminated in extremely reactive silicon-hydrogen (Si-H) bonds, causing the material to oxidize from the moment it is exposed to an oxidizing atmosphere.
Por un lado, si la oxidación no es óptima, aparecerán enlaces colgantes(dangling bonds)que provocan la recombinación de los electrones provenientes de excitones dentro del material, reduciendo drásticamente la emisión de luz(quenching).On the one hand, if the oxidation is not optimal, dangling bonds will appear, which cause the recombination of electrons from excitons within the material, drastically reducing light emission (quenching).
Por otro lado, si la oxidación de la lámina es excesiva, los puntos cuánticos pueden llegar a desaparecer, perdiéndose el efecto del confinamiento cuántico (lo que supone perder la fotoluminiscencia a temperatura ambiente). Este problema es aún mayor cuando se quieren formar nanopartículas, ya que las láminas de silicio poroso se deben deshacer en pequeñas partículas haciendo que la superficie expuesta al ambiente sea mucho mayor, lo que hace que se degraden aún con mayor rapidez. On the other hand, if the film is oxidized excessively, the quantum dots can disappear, losing the quantum confinement effect (which means losing photoluminescence at room temperature). This problem is even greater when forming nanoparticles, since porous silicon films must be broken down into small particles, resulting in a much larger surface area exposed to the environment, which causes them to degrade even more rapidly.
Preservar la fotoluminiscencia de las LPSiNPs ha sido objeto de estudio durante las últimas décadas, ya que abre las puertas a la implantación eficaz de este material en diferentes aplicaciones en biomedicina y biotecnología donde es interesante disponer de fotoluminiscencia, especialmente en el caso de los marcadores biológicosin-vivoein-vitro.Preserving the photoluminescence of LPSiNPs has been the subject of study in recent decades, as it opens the door to the effective implementation of this material in different applications in biomedicine and biotechnology where photoluminescence is of interest, especially in the case of in vivo and in vitro biological markers.
Se pueden encontrar en el estado del arte documentos que describen diferentes métodos para estabilizar las LPSiNPs para preservar su fotoluminiscencia. State-of-the-art documents can be found describing different methods to stabilize LPSiNPs to preserve their photoluminescence.
En el artículo de Park et al. [4], las LPSiNPs se emplearon para la liberación controlada de fármacosin-vivo.En este caso, la superficie de las nanopartículas se estabilizó en agua desionizada durante dos semanas. No hay un reporte de la evolución de la luminiscencia, pero sí describe que la monitorización de las nanopartículas duró 4 semanas, tiempo durante el cual se fueron degradando en ácido ortosilícico. In the article by Park et al. [4], LPSiNPs were used for the controlled release of drugs in vivo. In this case, the surface of the nanoparticles was stabilized in deionized water for two weeks. There is no report on the evolution of the luminescence, but it is described that the monitoring of the nanoparticles lasted 4 weeks, during which time they were degraded in orthosilicic acid.
El artículo de La Ferrara et al. [5] describe la estabilización de nanopartículas de silicio poroso para transportar ácido ascórbico. La estabilización se realiza con agua desionizada siguiendo la metodología del artículo de Park et al. [4]. En dicho artículo se muestra un estudio de la evolución de la fotoluminiscencia en función del tiempo, concluyendo que se estabiliza a partir del decimoquinto día. The article by La Ferrara et al. [5] describes the stabilization of porous silicon nanoparticles for transporting ascorbic acid. The stabilization is carried out with deionized water following the methodology of the article by Park et al. [4]. This article shows a study of the evolution of photoluminescence as a function of time, concluding that it stabilizes after the fifteenth day.
WO2011086210A1 describe la formación de partículas de silicio poroso con material magnético en su interior. Aunque la capacidad de responder magnéticamente resulta interesante combinada con la fotoluminiscencia del silicio poroso, la fotoluminiscencia se mantiene tan sólo durante dos días. WO2011086210A1 describes the formation of porous silicon particles with magnetic material inside. Although the ability to respond magnetically is attractive when combined with the photoluminescence of porous silicon, the photoluminescence only lasts for two days.
En el estudio divulgado por Gallach et al. [6] se funcionalizaron nanopartículas de silicio poroso mediante moléculas de polietilenglicol 600 (PEG-600) y 3-aminopropiltrietoxisilano (APTS) ambas en disoluciones de tolueno. En ambos casos se observó un decaimiento de la luminiscencia con el tiempo. Específicamente, se reportó una caída del 20% de la luminiscencia a los 11 días en el caso del PEG y del 85% en el caso del APTS. In the study reported by Gallach et al. [6], porous silicon nanoparticles were functionalized using polyethylene glycol 600 (PEG-600) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) molecules, both in toluene solutions. In both cases, a decrease in luminescence over time was observed. Specifically, a 20% drop in luminescence was reported after 11 days in the case of PEG and 85% in the case of APTS.
US7371666B2 describe un método para la síntesis de nanopartículas de silicio poroso. El método implica hacer reaccionar un precursor de silicio en presencia de un gas (hidrogeno, helio, argón o nitrógeno) mediante el calor aportado por un láser de CO2 para producir nanopartículas de silicio y realizar posteriormente un ataque electroquímico con una solución de ácido fluorhídrico y ácido nítrico para producir nanopartículas de silicio fotoluminiscentes. US7371666B2 describes a method for the synthesis of porous silicon nanoparticles. The method involves reacting a silicon precursor in the presence of a gas (hydrogen, helium, argon, or nitrogen) with the heat provided by a CO2 laser to produce silicon nanoparticles, followed by electrochemical etching with a solution of hydrofluoric acid and nitric acid to produce photoluminescent silicon nanoparticles.
Esta patente también detalla métodos para estabilizar la fotoluminiscencia de nanopartículas de silicio fotoluminiscentes a través de la oxidación de la superficie. Sin embargo, las gráficas muestran (véase figuras 10 y 11) que la fotoluminiscencia decae con el tiempo (a las 5 horas la intensidad está en valores bajos) con respecto a su señal original. This patent also details methods for stabilizing the photoluminescence of photoluminescent silicon nanoparticles through surface oxidation. However, the graphs (see Figures 10 and 11) show that the photoluminescence decays over time (at 5 hours, the intensity is at low levels) relative to its original signal.
Por lo tanto, existe la necesidad de un método de obtención de estas nanopartículas de silicio poroso con el que se estabilice la luminiscencia del material y se obtenga una luminiscencia de larga duración. Therefore, there is a need for a method of obtaining these porous silicon nanoparticles that stabilizes the luminescence of the material and achieves long-lasting luminescence.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un método de síntesis de nanopartículas de silicio poroso, las cuales presentan una fotoluminiscencia de larga duración. The present invention solves the problems existing in the state of the art by means of a method of synthesis of porous silicon nanoparticles, which exhibit long-lasting photoluminescence.
Como ya se discutió anteriormente, para conseguir una fotoluminiscencia de larga duración es necesario proteger los puntos cuánticos de la matriz del silicio poroso mediante la pasivación de la superficie, de manera que se cumplan dos condiciones: la formación de una capa de óxido protector de SiO<x>(x = 2) y la desaparición de enlaces colgantes en la superficie que puedan actuar como trampas de electrones. As discussed above, to achieve long-lived photoluminescence it is necessary to protect the quantum dots from the porous silicon matrix by surface passivation, such that two conditions are met: the formation of a protective oxide layer of SiO<x>(x = 2) and the disappearance of dangling bonds on the surface that can act as electron traps.
En el método de la presente invención se resuelven estos problemas mediante un método que comprende dos etapas que aseguran la formación de una capa de óxido protector, así como la eliminación de enlaces colgantes. In the method of the present invention, these problems are solved by a method comprising two steps that ensure the formation of a protective oxide layer, as well as the elimination of dangling bonds.
En un primer aspecto, la presente invención proporciona un método de síntesis de nanopartículas de silicio poroso con fotoluminiscencia caracterizado porque comprende las siguientes etapas: In a first aspect, the present invention provides a method for synthesizing porous silicon nanoparticles with photoluminescence characterized in that it comprises the following steps:
i) proveer de láminas de silicio poroso y realizar un tratamiento térmico a 250-350°C durante 4-6 minutos, y i) provide porous silicon sheets and perform a heat treatment at 250-350°C for 4-6 minutes, and
ii) raspar las láminas obtenidas de la etapa i) y sonicar las láminas disueltas en agua desionizada. ii) scrape the slides obtained from step i) and sonicate the slides dissolved in deionized water.
En la etapa i) se inicia la formación de un óxido protector. Sin embargo, la formación de esta capa de óxido es incompleta, por lo que en la sustitución de los enlaces Si-H por enlaces Si-O quedan algunos enlaces incompletos (enlaces colgantes odangling bonds),que provocan la disminución inicial de la fotoluminiscencia (también llamado“quenching’).In step i), the formation of a protective oxide begins. However, the formation of this oxide layer is incomplete, so when the Si-H bonds are replaced by Si-O bonds, some incomplete bonds (dangling bonds) remain, which cause the initial decrease in photoluminescence (also called "quenching").
En una realización preferida, el tratamiento térmico de la etapa i) se lleva a cabo a 300°C durante 5 minutos. In a preferred embodiment, the heat treatment of step i) is carried out at 300°C for 5 minutes.
A continuación, en la etapa ii) tiene lugar un segundo proceso de oxidación que elimina los enlaces colgantes, restituye paulatinamente la fotoluminiscencia y hace que perdure en el tiempo. Next, in stage ii), a second oxidation process takes place that eliminates the dangling bonds, gradually restoring the photoluminescence and making it last over time.
En una realización preferida, la sonicación de la etapa ii) se realiza durante 15-30 minutos. In a preferred embodiment, the sonication of step ii) is performed for 15-30 minutes.
El método de síntesis de la presente invención es sencillo, económico, rápido y accesible, por lo que es fácil de implantar a nivel industrial. Además, el método de conservación de las partículas es sencillo, ya que las nanopartículas se disuelven en agua desionizada y se conservan a temperatura ambiente. Este método hace que las nanopartículas obtenidas sean biocompatibles y puedan ser empleadas en aplicacionesin-vivooin-vitrocomo marcador biológico. The synthesis method of the present invention is simple, inexpensive, rapid, and accessible, making it easy to implement at the industrial level. Furthermore, the method for preserving the particles is straightforward, as the nanoparticles are dissolved in deionized water and stored at room temperature. This method makes the resulting nanoparticles biocompatible and suitable for use in in vivo or in vitro applications as biological markers.
En un segundo aspecto de la invención, el método de síntesis de la presente invención comprende además una etapa iii) en la que las nanopartículas de silicio poroso con fotoluminiscencia obtenidas en la etapa ii) se someten a un proceso de silanización poniendo en contacto las nanopartículas con un silano. In a second aspect of the invention, the synthesis method of the present invention further comprises a step iii) in which the porous silicon nanoparticles with photoluminescence obtained in step ii) are subjected to a silanization process by bringing the nanoparticles into contact with a silane.
En una realización preferida del segundo aspecto de la invención, el silano es 3-aminopropiltrietoxisilano (APTS). In a preferred embodiment of the second aspect of the invention, the silane is 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS).
En un tercer aspecto de la invención, el método de síntesis de la presente invención comprende además una etapa iii) en la que las nanopartículas de silicio poroso con fotoluminiscencia obtenidas en la etapa ii) se someten a un proceso de pegilación poniendo en contacto las nanopartículas con polietilenglicol (PEG). In a third aspect of the invention, the synthesis method of the present invention further comprises a step iii) in which the porous silicon nanoparticles with photoluminescence obtained in step ii) are subjected to a pegylation process by bringing the nanoparticles into contact with polyethylene glycol (PEG).
En los métodos del segundo y tercer aspecto, se obtienen nanopartículas de silicio poroso funcionalizadas con moléculas orgánicas, como el PEG y el APTS, las cuales no pierden luminiscencia. In the second and third aspect methods, porous silicon nanoparticles functionalized with organic molecules, such as PEG and APTS, are obtained, which do not lose luminescence.
En un último aspecto de la invención, las nanopartículas de silicio poroso con fotoluminiscencia obtenidas mediante los métodos de síntesis anteriormente descritos pueden usarse como marcadores biológicos selectivos y nanodispositivos de liberación controlada de fármacos de manera sistémica o en células diana. In a final aspect of the invention, the porous silicon nanoparticles with photoluminescence obtained by the synthesis methods described above can be used as selective biological markers and nanodevices for controlled release of drugs systemically or in target cells.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figura 1. Espectros de emisión de una muestra de nanopartículas luminiscentes de silicio poroso sintetizadas por el método de la presente invención, medidos a tiempo=1 día, 4 días, 16 días, 37 días, 42 días y 310 días. Figure 1. Emission spectra of a sample of luminescent porous silicon nanoparticles synthesized by the method of the present invention, measured at time = 1 day, 4 days, 16 days, 37 days, 42 days and 310 days.
Figura 2. Fotografías de una muestra de nanopartículas luminiscentes de silicio poroso sintetizadas por el método de la presente invención, realizadas a tiempo=1 día, 4 días, 16 días, 37 días y 42 días donde se observa el aumento y conservación de luminiscencia con el tiempo. Figure 2. Photographs of a sample of luminescent porous silicon nanoparticles synthesized by the method of the present invention, taken at time = 1 day, 4 days, 16 days, 37 days and 42 days where the increase and conservation of luminescence over time is observed.
Figura 3. Espectros de emisión de una muestra de nanopartículas luminiscentes de silicio poroso sintetizadas por el método de la presente invención (sin funcionalización) y dos muestras sintetizadas por el método de la presente invención, pero con funcionalización utilizando polietilenglicol (PEG) y 3-aminopropiltrietoxisilano (APTS). Figure 3. Emission spectra of a sample of luminescent porous silicon nanoparticles synthesized by the method of the present invention (without functionalization) and two samples synthesized by the method of the present invention, but with functionalization using polyethylene glycol (PEG) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS).
DESCRIPCIÓN DE MODOS DE REALIZACIÓN DESCRIPTION OF IMPLEMENTATION MODES
Habiendo descrito la presente invención, se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos. El propósito de los ejemplos indicados a continuación sirve para ilustrar la invención, sin por ello limitar el alcance de ésta. Having described the present invention, it is further illustrated by the following examples. The purpose of the examples set forth below is to illustrate the invention without limiting its scope.
Ejemplo 1. Método de síntesis de nanopartículas de silicio poroso con fotoluminiscencia Example 1. Method for synthesizing porous silicon nanoparticles with photoluminescence
Se sintetizaron inicialmente láminas de silicio poroso mediante la anodización electroquímica de obleas de Si tipo p<+>(dopadas con B), de baja resistividad (0.01 < p < 0.02 Q-cm), en una solución de ácido fluorhídrico 48%: Etanol (1:2). El proceso electroquímico se realizó a temperatura ambiente, sin utilizar iluminación adicional sobre la lámina de Si. En este proceso electroquímico, se aplicó una densidad de corriente constante de 120 ± 9 mA-cm<-2>durante 30±2 minutos, dando como resultado láminas de silicio poroso de 22.4 ± 0.3 pm de espesor. Porous silicon wafers were initially synthesized by electrochemical anodization of low-resistivity (0.01 < p < 0.02 Q-cm) p<+>-type Si wafers (B-doped) in a 48% hydrofluoric acid:Ethanol (1:2) solution. The electrochemical process was carried out at room temperature, without using additional illumination on the Si wafer. In this electrochemical process, a constant current density of 120 ± 9 mA-cm<-2> was applied for 30 ± 2 minutes, resulting in porous silicon wafers 22.4 ± 0.3 pm thick.
Después de la anodización electroquímica, tuvieron lugar las etapas del método de la presente invención. After electrochemical anodization, the steps of the method of the present invention took place.
La primera etapa fue una primera oxidación, en las que las láminas de silicio poroso se recocieron en aire en un horno de mufla a 300 ± 50 °C durante 5 ± 0.5 minutos. El objetivo de esta pasivación es promover el crecimiento de subóxidos de silicio (SiO<x>, con x = 2), produciendo una capa protectora inicial de óxido. Sin embargo, esta capa no es suficiente para estabilizar toda la lámina de silicio poroso debido a la oxidación no homogénea. Es por ello por lo que se llevó a cabo una segunda etapa. The first step was a preliminary oxidation, in which the porous silicon wafers were annealed in air in a muffle furnace at 300 ± 50 °C for 5 ± 0.5 minutes. The objective of this passivation was to promote the growth of silicon suboxides (SiO<x>, with x = 2), producing an initial protective oxide layer. However, this layer was not sufficient to stabilize the entire porous silicon wafer due to inhomogeneous oxidation. Therefore, a second step was carried out.
Después del proceso de recocido, en una segunda etapa, las láminas de silicio poroso de la primera etapa se almacenaron en agua desionizada y se sonicaron en un baño de ultrasonidos durante 20 minutos, produciendo una suspensión coloidal de nanopartículas de silicio poroso. After the annealing process, in a second step, the porous silicon wafers from the first step were stored in deionized water and sonicated in an ultrasonic bath for 20 minutes, producing a colloidal suspension of porous silicon nanoparticles.
El objetivo de esta segunda etapa es proporcionar una mayor oxidación de las partículas y lograr una capa protectora de óxido que conserve la fotoluminiscencia a lo largo del tiempo reduciendo los enlaces colgantes de la superficie que hayan quedado tras la oxidación en el horno mufla. The objective of this second stage is to provide greater oxidation of the particles and achieve a protective oxide layer that preserves photoluminescence over time by reducing the dangling bonds on the surface that remain after oxidation in the muffle furnace.
Las nanopartículas obtenidas se disuelven en agua desionizada y se conservan a temperatura ambiente. En la literatura se reporta que las partículas de silicio poroso se conservan en etanol, pero esta forma de conservarlas es un problema a la hora de emplearlas en el campo de la biomedicina. The resulting nanoparticles are dissolved in deionized water and stored at room temperature. The literature reports that porous silicon particles can be preserved in ethanol, but this method of preservation poses a challenge when using them in biomedicine.
Por lo tanto, la conservación en agua desionizada supone una ventaja, ya que al contrario que el etanol, no es tóxico para el medio biológico. Por tanto, el producto conservado es biocompatible. Therefore, preservation in deionized water is advantageous, since, unlike ethanol, it is non-toxic to the biological environment. Therefore, the preserved product is biocompatible.
La conservación de esta fotoluminiscencia a lo largo del tiempo fue evaluada mediante los espectros de emisión medidos a diferentes tiempos con un espectrofluorímetro. Concretamente, y tal como se observa en la Figura 1, se realizaron medidas al cabo de 1 día, 4 días, 16 días, 37 días, 42 días y 310 días. The preservation of this photoluminescence over time was evaluated using emission spectra measured at different times using a spectrofluorometer. Specifically, and as shown in Figure 1, measurements were taken after 1 day, 4 days, 16 days, 37 days, 42 days, and 310 days.
La figura 1 muestra los espectros de emisión y se observa cómo la luminiscencia alcanza un máximo de intensidad a los 37 y se mantiene estable hasta al menos los 42 días. En la medida realizada a los 310 días se observa una disminución de la intensidad, pero sigue siendo suficiente y es un tiempo superior al reportado en la literatura. Además, es importante señalar que la emisión de las nanopartículas no se desplaza, manteniendo una emisión en el rango entre los 500 nm y los 675 nm que, en conjunto, resulta en una emisión de color amarilloanaranjado. Figure 1 shows the emission spectra, showing how the luminescence reaches maximum intensity at 37 days and remains stable for at least 42 days. The measurement taken at 310 days shows a decrease in intensity, but it is still sufficient and is longer than reported in the literature. Furthermore, it is important to note that the nanoparticle emission does not shift, maintaining an emission range between 500 nm and 675 nm, which together results in a yellow-orange emission color.
Adicionalmente, la figura 2 muestra fotografías de las muestras en las que se observa claramente el aumento y conservación de luminiscencia con el tiempo. Additionally, Figure 2 shows photographs of the samples in which the increase and conservation of luminescence over time is clearly observed.
Ejemplo 2. Método de síntesis de nanopartículas de silicio poroso con fotoluminiscencia funcionalizadas con 3-aminopropiltrietoxisilano (APTS). Example 2. Method for the synthesis of porous silicon nanoparticles with photoluminescence functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS).
Las nanopartículas de silicio poroso sintetizadas por el método de la presente invención descrito en el ejemplo 1 se emplearon como material de partida. Porous silicon nanoparticles synthesized by the method of the present invention described in Example 1 were used as starting material.
Estás nanopartículas se sometieron a un proceso de silanización poniendo en contacto las nanopartículas con un silano. En este ejemplo se empleó el aminopropiltrietoxisilano (APTS) como silano. These nanoparticles were subjected to a silanization process by contacting them with a silane. In this example, aminopropyltriethoxysilane (APTS) was used as the silane.
Las nanopartículas se depositaron sobre 2 mL de una disolución 1:1 de APTS:agua desionizada, se realizó posteriormente un tratamiento térmico y se sonicaron durante aproximadamente 30 minutos. En torno a 30 horas más tarde, se centrifugaron las muestras de 3 a 5 veces cambiándoles el medio en el que estaban por etanol para limpiarlas. En el último cambio de medio, se colocó agua desionizada en lugar de etanol y se sonicaron durante aproximadamente 45 minutos. The nanoparticles were deposited on 2 mL of a 1:1 APTS:deionized water solution, then heat-treated and sonicated for approximately 30 minutes. Approximately 30 hours later, the samples were centrifuged three to five times, replacing the medium with ethanol to clean them. During the final medium change, deionized water was added instead of ethanol, and the samples were sonicated for approximately 45 minutes.
Ejemplo 3. Método de síntesis de nanopartículas de silicio poroso con fotoluminiscencia funcionalizadas con polietilenglicol (PEG) Example 3. Method for the synthesis of porous silicon nanoparticles with photoluminescence functionalized with polyethylene glycol (PEG)
Las nanopartículas de silicio poroso sintetizadas por el método de la presente invención descrito en el ejemplo 1 se emplearon como material de partida. Porous silicon nanoparticles synthesized by the method of the present invention described in Example 1 were used as starting material.
Estás nanopartículas se sometieron a un proceso de pegilación poniendo en contacto las nanopartículas con un polietilenglicol (PEG). These nanoparticles were subjected to a pegylation process by placing the nanoparticles in contact with a polyethylene glycol (PEG).
Las nanopartículas se depositaron sobre 2 mL de una disolución 1:1 de PEG:agua desionizada, se realizó posteriormente un tratamiento térmico y se sonicaron durante aproximadamente 1 hora. Posteriormente se lavó la muestra con agua desionizada dos veces y se eliminó el sobrenadante. The nanoparticles were deposited onto 2 mL of a 1:1 PEG:deionized water solution, then heat-treated and sonicated for approximately 1 hour. The sample was then washed twice with deionized water, and the supernatant was removed.
En la figura 3 se muestran los espectros de emisión fotoluminiscente de muestras de nanopartículas de silicio poroso estabilizadas (PS), nanopartículas de silicio poroso estabilizadas y funcionalizadas con polietilenglicol (PEG) y nanopartículas de silicio poroso estabilizadas y funcionalizadas con 3-aminopropiltrietoxisilano (APTS). Se observa que la luminiscencia de las nanopartículas funcionalizadas se encuentra en el mismo rango que la del silicio poroso y que perdura 310 días después de su síntesis. Sin embargo, es interesante notar que, a diferencia de las funcionalizadas con polietilenglicol, las nanopartículas funcionalizadas con APTS tienen una menor emisión en longitudes de onda próximas al rojo, lo que hace que su apariencia sea más amarilla. En el caso de las nanopartículas funcionalizadas con PEG la contribución de las diferentes longitudes de onda emitidas es muy similar a la de las nanopartículas de silicio poroso sin funcionalizar (rojo anaranjado). Figure 3 shows the photoluminescent emission spectra of samples of stabilized porous silicon nanoparticles (PS), stabilized porous silicon nanoparticles functionalized with polyethylene glycol (PEG), and stabilized porous silicon nanoparticles functionalized with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS). The luminescence of the functionalized nanoparticles is observed to be in the same range as that of porous silicon and persists 310 days after synthesis. However, it is interesting to note that, unlike those functionalized with polyethylene glycol, the APTS-functionalized nanoparticles have lower emission at wavelengths close to red, which makes their appearance more yellow. In the case of PEG-functionalized nanoparticles, the contribution of the different emitted wavelengths is very similar to that of the unfunctionalized porous silicon nanoparticles (orange-red).
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