Наночастицы пористого кремния с различной модификацией поверхности как центры диссипации энергии и усилители действия низкоинтенсивного медицинского ультразвука тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Свиридов Андрей Павлович

• Свиридов Андрей Павлович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Свиридов Андрей Павлович

Введение

Глава 1. Кремниевые наночастицы: синтез, физико-химические свойства и взаимодействие с биосистемами (обзор литературы)

1.1. Методы формирования кремниевых наночастиц и модификации их поверхности

1.2. Основные структурные, электронные и оптические свойства наночастиц пористого кремния

1.3. Особенности физико-химических свойств кремниевых наночастиц для биомедицинских применений

1.4. Кремниевые наночастицы как активаторы воздействия внешних физических полей в водных средах и биосистемах

1.5. Выводы из обзора литературы

Глава 2. Методика эксперимента

2.1. Получение образцов

2.2. Исследование физико-химических свойств образцов

2.3. Измерение индуцированного ультразвуком нагрева в водных суспензиях кремниевых наночастиц

2.4. Детектирование акустической кавитации в водных суспензиях кремниевых наночастиц

2.5. Методика экспериментов in vitro

2.6. Методика экспериментов in vivo

Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1. Влияние условий получения и поверхностной модификации на свойства кремниевых наночастиц в водных суспензиях

3.2. Изучение процесса деградации наночастиц пористого кремния в водных и биологических средах

3.3. Индуцированный ультразвуком нагрев суспензий кремниевых наночастиц

3.4. Акустическая кавитация в водных суспензиях кремниевых наночастиц

3.5. Воздействие наночастиц кремния и ультразвука на биологические объекты

Заключение и выводы

Публикации автора по теме диссертации

Использованная литература

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В последние годы в лечении и диагностике онкологических заболеваний стали появляться методы, основанные на использовании веществ и препаратов, активируемых различными физическими воздействиями. Одним из таких примеров служит сонодинамическая терапия, сущность которой заключается в комбинированном воздействии на опухоль ультразвука и так называемых соносенсибилизаторов, усиливающих терапевтический эффект ультразвукового излучения.[1] Используемые интенсивности ультразвука при сонодинамической терапии лежат в интервале 1-10 Вт/см2, что отличает данный метод от так называемой HIFU-хирургии (англ. High Intensity Focused Ultrasound), использующей дорогостоящее оборудование и ультразвук высокой интенсивности (> 100 Вт/см2).[2] Направленность действия сонодинамической терапии обеспечивается преимущественным накоплением соносенсибилизатора в опухоли и избирательным воздействием ультразвука. [1]'[3]

Активное развитие нанотехнологии за последние десятилетия открывает перспективы для использования наночастиц в качестве соносенсибилизаторов воздействия медицинского ультразвука за счёт локального повышения температуры и кавитационных процессов, а также дестабилизации и механического разрушения клеточных структур и тканей.[4] Основной проблемой при использовании многих известных наночастиц как соносенсибилизаторов является их высокая общая токсичность. Поэтому перспективными представляются наночастицы пористого кремния, обладающие низкой цитотоксичностью и биодеградируемостью.[5]'[6]

Известно, что наночастицы пористого кремния могут выступать как люминесцентные метки, которые при введении в кровоток локализуются преимущественно в опухолевых тканях за счёт пассивного накопления,[5] как наноконтейнеры для адресной доставки лекарств,[7] как фотосенсибилизаторы активных форм кислорода[8] и поглощающие свет агенты для фотогипертермии[9]. При этом в случае воздействия ультразвука на кремниевые наночастицы наличие развитой поверхности обеспечивает рост зародышей акустической кавитации, что можно использовать как для ультразвуковой визуализации, так и для сонодинамической терапии. Данная диссертация посвящена исследованиям возможности применения уникальных свойств наночастиц мезопористого кремния для повышения чувствительности и избирательности методов ультразвуковой терапии и диагностики.

Цель работы заключалась в исследовании закономерностей влияния наночастиц пористого кремния с различной модификацией поверхности на процессы диссипации энергии медицинского ультразвука в водных средах и биосистемах для применения в ультразвуковой диагностике и сонодинамической терапии.

Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:

1. Синтезировать наночастицы пористого кремния с различным распределением по размерам, пористостью, объёмом пор, гидрофобностью и поверхностными покрытиями, на основе которых приготовить стабильные водные суспензии для последующего введения в модельные биосистемы.

2. Исследовать стабильность физико-химических свойств наночастиц пористого кремния с различными параметрами поверхностного покрытия при нахождении в водной среде для их последующего применения в сонодинамической терапии методами электронной микроскопии, ИК-, рамановской спектроскопии, динамического рассеяния света и разработать модель, описывающую наблюдаемый экспериментально процесс биодеградации наночастиц с различной поверхностью в водной среде.

3. Разработать программно-аппаратный комплекс для измерения кинетик нагрева, интенсивности и порогов акустической кавитации в водных суспензиях кремниевых наночастиц при различных режимах воздействия медицинского ультразвука.

4. Экспериментально и теоретически исследовать тепловые и кавитационные процессы в водных суспензиях наночастиц пористого кремния с различными поверхностными свойствами.

5. Измерить величины усиления сигнала рассеяния диагностического ультразвука в модельной биологической среде в присутствии наночастиц пористого кремния с контролируемой степенью гидрофильности-гидрофобности поверхности для использования их в качестве контрастных агентов ультразвуковой визуализации.

6. В экспериментах in vitro исследовать биологическую активность наночастиц пористого кремния по отношению к раковым клеткам, инкубированным с наночастицами, при воздействии ультразвуком.

7. В экспериментах in vivo оценить соносенсибилизационный эффект сочетанного воздействия наночастиц пористого кремния и ультразвукового излучения на модельные раковые опухоли, привитые лабораторным животным.

Объект исследования - наночастицы мезопористого кремния с различной поверхностной модификацией, обладающие низкой цитотоксичностью и уникальными морфологическими свойствами.

Предмет исследования - процессы диссипации энергии медицинского низкоинтенсивного ультразвука в водных и биологических средах в присутствии наночастиц пористого кремния.

Научная новизна

1. Экспериментально установлено квазилинейное увеличение скорости нагрева в водных суспензиях наночастиц мезопористого кремния с ростом их концентрации в диапазоне 0,1-4 г/л под действием ультразвука с частотой 1-2,5 МГц и интенсивностью 120 Вт/см2, что имеет значимость для ультразвуковой хирургии.

2. Показано, как использованная в работе методика изготовления наночастиц с помощью измельчения плёнок мезопористого кремния в воздушной среде придаёт наночастицам частично гидрофобную поверхность и существенно повышает эффективность индуцированного ультразвуком нагрева за счёт увеличения вязкого трения.

3. Обнаружено снижение порогов интенсивности ультразвука, необходимых для развития стабильной акустической кавитации в водной среде, в присутствии наночастиц мезопористого кремния под воздействием ультразвука с частотой 1-2 МГц и интенсивностью 1-20 Вт/см2 и зарегистрированы высокочастотные флуктуации температуры амплитудой 0,1-0,5 oC, вызванные коллапсом кавитационных пузырьков, что открывает перспективы для использования подобных наночастиц в сонодинамической терапии.

4. Получена оценка кавитационной активности в водных суспензиях свежеприготовленных наночастиц пористого кремния по временному интегралу белого шума и амплитуды субгармоники на половине основной частоты излучения ультразвука, кратно превышающая соответствующие значения для воды и суспензии наночастиц, подвергшихся естественному окислению в водной среде при выдержке в течение нескольких недель.

5. Продемонстрировано кратное повышение контраста полученных с помощью медицинского ультразвукового сканера изображений в желатиновом фантоме с введённой суспензией селективно модифицированных наночастиц пористого кремния с гидрофобным покрытием пор за счёт рассеяния ультразвука на микронных воздушных кавитационных пузырьках.

6. Выявлено существенное повышение эффективности деструкции раковых и бактериальных клеток in vitro и in vivo в поле медицинского ультразвука с частотой 0,88 и 2,64 МГц и интенсивностью порядка 1 Вт/см2 после введения низкотоксичных наночастиц пористого кремния по сравнению с обособленным ультразвуковым воздействием.

Теоретическая значимость

• Предложена модель для аппроксимации экспериментальных кинетик биодеградации наночастиц пористого кремния с различным поверхностным покрытием, позволяющая получить значения коэффициентов диффузии и скорости массоотдачи кремниевой кислоты в окружающую среду, которые определяют стабильность физико-химических свойств кремниевых наночастиц для использования в качестве соносенсибилизаторов.

• Рассчитаны коэффициенты затухания ультразвука в водных суспензиях кремниевых наночастиц с учётом механизмов рассеяния и диссипации энергии за счёт вязкого трения наночастиц в жидкости, на основе которых удалось количественно охарактеризовать процессы тепловыделения и теплопереноса в суспензиях наночастиц при облучении ультразвуком с частотой 1-3 МГц и интенсивностью 1-20 Вт/см2, важные для сонодинамической терапии рака.

• Получена оценка размеров коллапсирующих кавитационных пузырьков, которые вносят основной вклад в наблюдаемую по белому шуму и амплитуде субгармоники акустическую кавитацию в водных суспензиях наночастиц мезопористого кремния в поле низкоинтенсивного ультразвука мегагерцового диапазона частот, и дана интерпретация механизма роста субмикронных зародышей за счёт выпрямленной диффузии, что значимо для использования подобных наночастиц в качестве контрастных агентов для эхографии.

Практическая значимость полученных результатов заключается в нахождении режимов усиления индуцированного ультразвуком нагрева водных сред с помощью низкотоксичных кремниевых наночастиц, в получении данных по кавитационной активности в присутствии наночастиц мезопористого кремния с модифицированной поверхностью для увеличения контраста ультразвуковой визуализации, а также в повышении эффективности действия терапевтического ультразвука для сонодинамической терапии опухолей и уничтожения патогенных микроорганизмов.

Методология исследования заключалась в сочетании экспериментального и теоретического подходов к решению поставленных задач. Для синтеза наночастиц был выбран способ электрохимического травления кристаллического кремния с последующим высокоэнергичным измельчением полученных пористых слоёв в водной или воздушной средах. Для модификации поверхности наночастиц использовались химическое окисление, селективная протекция поверхности пор неполярным растворителем, а также конъюгация полимеров за счёт образования химических связей и физической адсорбции. Исследование структурных, химических и оптических свойств синтезированных образцов было проведено методами электронной микроскопии, инфракрасной, люминесцентной,

фотонной корреляционной спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния и термогравиметрии. Интенсивность кавитации при воздействии ультразвука измерялась как по общему уровню белого шума, полученного спектральным разложением сигнала на приёмнике ультразвука, прошедшего через кювету с исследуемым образцом, так и по амплитуде субгармоники на половине основной частоты излучения. Для моделирования процесса биодеградации кремниевых наночастиц было решено одномерное уравнение диффузии с применением закона массоотдачи Нернста-Нойеса-Бруннера. Для моделирования процесса распространения тепла внутри кюветы с образцом было решено уравнение теплопроводности в аксиальной симметрии, в котором учитывалось дополнительное поглощение энергии ультразвука полидисперсным ансамблем наночастиц кремния с помощью классической модели Урика. Для моделирования процесса роста газовых пузырьков численно решалось модифицированное уравнение Навье-Стокса в рамках модели Гилмора. Эксперименты по изучению сочетанного воздействия наночастиц и ультразвука на биологические объекты были проведены in vitro с культурами модельных клеток и бактерий, а также in vivo с лабораторными мышами с привитыми опухолями в соответствии с российскими и международными нормами.

Достоверность результатов определяется использованием стандартного оборудования и апробированных методов исследования. Численное решение дифференциальных уравнений осуществлялось с помощью известных алгоритмов и численных схем с оптимальными точностью и скоростью работы процессора. Для обработки данных экспериментов использовались общепринятые критерии статистической значимости.

Положения, выносимые на защиту:

1. Эффективность нагрева водных суспензий наночастиц с размерами от 50 до 500 нм и концентрацией 1 г/л, полученных измельчением плёнок мезопористого кремния в шаровой планетарной мельнице в водной среде и обладающих окисленной поверхностью, а также полученных помолом в воздушной среде и обладающих частично гидрофобной поверхностью, под действием ультразвукового излучения с частотой 1-2,5 МГц и интенсивностью 1-20 Вт/см2 превышает соответственно в 1,5 ± 0,4 раза и 3,2 ± 1 раза эффективность тепловыделения в дистиллированной воде, что объясняется механизмом диссипации энергии ультразвука при относительном движении наночастиц в жидкости с учётом силы вязкого трения, вклад которой возрастает с ростом концентрации наночастиц.

2. Водные суспензии наночастиц, получаемых измельчением в шаровой планетарной мельнице плёнок мезопористого кремния в воде, с характерным размером

± 50 нм при концентрации 0,5-1,5 г/л приводят к снижению в 3,5 ± 0,5 раз пороговых значений начала кавитации и повышению интенсивности кавитационного процесса до 5 раз по сравнению с деионизированной дегазированной водой при воздействии ультразвука с частотой 0,88 МГц и интенсивностью 0,1-4,5 Вт/см2, что объясняется ростом числа зародышей парообразования на гидрофобно-гидрофильных участках поверхности наночастиц и позволяет использовать такие наночастицы для сонодинамической терапии.

3. Порог кавитации при воздействии ультразвука с частотой 2,08 МГц и интенсивностью 0,2-20 Вт/см2 на водные суспензии не покрытых и покрытых полиэтиленгликолем наночастиц мезопористого кремния с концентрацией 0,5 ± 0,1 г/л, характерным размером 150 ± 50 нм, обладающих селективно модифицированной поверхностью за счёт химического окисления и сохранения преимущественно гидридного внутреннего покрытия пор, снижается в 1,6 ± 0,2 раза по сравнению с деионизированной водой вследствие активации процесса роста зародышей кавитации до размера ~1 мкм, коллапс которых усиливает локальное тепловыделение, что позволяет использовать такие наночастицы в качестве контрастного агента для ультразвуковой визуализации и соносенсибилизатора для сонодинамической терапии.

4. Воздействие ультразвука с частотой 0,88 МГц и интенсивностью порядка 1 Вт/см2 на раковые клетки или бактерии, в присутствии наночастиц мезопористого кремния при концентрации 1 ± 0,1 г/л приводит к их эффективному разрушению, обусловленному процессами кавитации, усиленными наночастицами с преимущественно гидридным внутренним покрытием пор, что позволяет использовать такие наночастицы для повышения эффективности ультразвуковой антибактериальной обработки жидких сред и сонодинамической терапии.

5. Воздействие ультразвука с частотой 2,64 МГц и интенсивностью порядка 1 Вт/см2 на привитые лабораторным мышам опухоли карциномы лёгкого Льюис с последующей интратуморальной инъекцией наночастиц мезопористого кремния в концентрации 0,5 ± 0,1 г/л приводит к подавлению скорости роста опухоли, что позволяет рассматривать такие наночастицы как перспективные соносенсибилизаторы для ультразвуковой терапии онкологических заболеваний.

Личный вклад автора

Описанные в диссертационной работе результаты получены в ходе исследований, проведённых автором в период 2011-2020 гг. на физическом факультете МГУ под руководством научного руководителя проф. Тимошенко В.Ю., а также в лабораториях соавторов в ходе совместных исследований. Автор лично осуществлял синтез пористого

кремния и наночастиц на его основе методами электрохимического травления и высокоэнергетичного помола, а также изучал их физико-химические свойства различными методами спектроскопии и микроскопии в Центре коллективного пользования МГУ; совместно с коллегами из научной группы Университета Восточной Финляндии (под руководством проф. Лехто В.-П.) проводил модификацию поверхности наночастиц путём окисления и химической конъюгации полимера, а также эксперименты по ультразвуковой визуализации; участвовал в сборке установок для проведения акустических измерений на кафедре акустики физического факультета МГУ (под руководством доц. Андреева В.Г.) и кафедре радиохимии химического факультета МГУ (под руководством в.н.с. Николаева А.Л.), лично реализовывал автоматизацию эксперимента, непосредственно выполнял эксперименты и проводил обработку и анализ полученных данных; самостоятельно реализовывал численные расчёты в рамках теоретических моделей поглощения ультразвука, динамики осцилляции кавитационных пузырьков и биодеградации наночастиц пористого кремния; в кооперации с коллегами из Лаборатории физических методов биосенсорики и нанотераностики физического факультета МГУ (под руководством в.н.с. Осминкиной Л.А.) разрабатывал методику и интерпретировал данные экспериментов in vitro и in vivo с модельными живыми системами по сочетанному действию кремниевых наночастиц и медицинского ультразвука, проводимые в лабораториях Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (под руководством в.н.с. Кудрявцева А.А.) и виварии НМИЦ онкологии им. Блохина (под руководством с.н.с. Зиновьева С. В.); подготавливал текстовые и графические материалы для выступлений и публикаций.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Наночастицы пористого кремния с различной модификацией поверхности как центры диссипации энергии и усилители действия низкоинтенсивного медицинского ультразвука»

Апробация работы

Материалы диссертации были изложены на многочисленных российских и зарубежных конференциях: International Conference «Nanomeeting» (Минск, Беларусь, 2011, 2015), Advanced Laser Technologies (Золотые Пески, Болгария, 2011), Сессия Научного совета РАН по акустике и XXV сессия Российского акустического общества (Таганрог, Россия, 2012), IX-XI International Conference «Porous Semiconductors - Science and Technology» (Аликанте-Бенидорм, Испания, 2014; Таррагона, Испания, 2016; Ла Гранд -Мотте, Франция, 2018), Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, Россия, 2015; 2016; 2019), IEEE International Ultrasonics Symposium (Тур, Франция, 2016), Nanomedicine & Nanotechnology (Балтимор, США, 2016), V International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials (Лиссабон, Португалия, 2017), VIII International Conference on Nanotechnology: Fundamentals

and Applications (Рим, Италия, 2017), III International Conference «Current Trends of Cancer Theranostics» (Пакруойис, Литва, 2017), II International Symposium on Physics, Engineering and Technologies for Bio-Medicine (Москва, Россия, 2017), XVII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» им. проф. А.П. Сухорукова (Красновидово, Россия, 2019), European Materials Research Society Spring Meeting (Ницца, Франция, 2019), Topical Problems of Biophotonics (Нижний Новгород, Россия, 2019), Ломоносовские чтения (Москва, Россия, 2021), VII Международный Симпозиум «Инженерно-физические технологии биомедицины» (Москва, Россия, 2022).

Исследования выполнены при поддержке грантов ФЦП (16.513.12.3010; 8737), РФФИ (12-02-31266-мол_а), РНФ (16-13-10145; 19-72-10131) и Стипендии Президента РФ (СП-1816.2018.4).

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, публикаций автора и списка литературы. Полный объём диссертации составляет 166 страниц, включая 78 рисунков и 8 таблиц. Список литературы содержит 197 наименований.

ГЛАВА 1. КРЕМНИЕВЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ: СИНТЕЗ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С БИОСИСТЕМАМИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КРЕМНИЕВЫХ НАНОЧАСТИЦ И МОДИФИКАЦИИ ИХ ПОВЕРХНОСТИ

В настоящее время существуют многочисленные физические и химические способы формирования кремниевых наноструктур и модификации их поверхности. Наиболее популярными методами синтеза являются различные способы травления кристаллического кремния: анодирование, гальваническое травление, химическое травление с использованием сильных окислителей, металл-стимулированное химическое травление (англ. Metal-Assisted Chemical Etching, или MACE), фототравление.[10] Помимо этого, активно развиваются такие методы получения кремниевых наноструктур, как быстрый термический отжиг, химическое парофазное осаждение (англ. Chemical Vapor Deposition, или CVD), термическая и лазерная абляция, высокочастотное распыление, осаждение с помощью дугового разряда, ионный синтез матрицы.[11] Остановимся подробнее на некоторых аспектах синтеза кремниевых наночастиц, важных для их биомедицинских применений.

Классическим способом получения микронных слоёв пористого кремния, открытым Артуром и Ингеборгой Улирами в 1950-х гг. в Bell Laboratories,[12] а впоследствии развитым в работах Ли Канема,[13] стало электрохимическое травление пластин кристаллического кремния, используемых в промышленности для создания устройств микроэлектроники, в электролите, в качестве которого чаще всего используют растворы фтороводородной (плавиковой) кислоты HF в водно-спиртовой смеси или органических жидкостях (ацетонитрил, диметилформамид).[14]'[15] При химическом растворении кремния, пассивированного водородными связями, под действием тока травления происходит замещение поверхностных атомов водорода H присутствующими в электролитном растворе ионами фтора F. Образование нейтральной связи Si-F сопровождается генерацией дырки h+. Связь Si-F может быть образована при определённой величине анодного тока вследствие поляризационного влияния атома фтора F на атом кремния Si. Следуя этому механизму, очередной атом F соединяется с соседним атомом Si, побочным продуктом чего является молекула водорода H2. Таким образом, сильная электроотрицательность атомов F приводит к ослаблению связей Si-Si за счёт нуклеофильной атаки:[16]

Si + 4HF- + h+ ^ SiFg- + 2HF + H2 + e~. (1)

В результате электрохимической реакции в HF происходит удаление части объёмного вещества кремния, а оставшаяся часть представляет собой систему переплетённых нитей размером от 1 нм и выше, что определяется параметрами травления и свойствами пластины: составом электролита, типом и концентрацией легирующей примеси, приложенным напряжением, температурой, интенсивностью освещённости и т. д.[14] Для формирования отдельных нанокристаллов кремния и их ансамблей с нужными структурными свойствами применяют дополнительную обработку слоёв пористого кремния, например, химическое или механическое измельчение, суспендирование с последующей фильтрацией и гравиметрическим разделением. Описанный способ получения пористого кремния и его наночастиц относят к методам синтеза «сверху вниз».

см

I

Е

о <

Е >>

Ч—»

"со с ш "а

с

ш

=3

О

Potential, V

Рисунок 1. Общий вид вольт-амперной характеристики процесса электрохимического травления кремния в электролите, содержащем плавиковую кислоту. Пунктирными линиями обозначены границы режимов формирования пористого кремния и электролитической полировки. Стрелкой обозначен потенциал разомкнутой цепи для кремниевого электрода.[14]

Как правило, электрохимическому травлению предшествует предварительная процедура очистки кремниевой пластины от органических и ионных примесей, а также естественного оксидного слоя. Травление происходит в электрохимических двух- и трёхэлектродных ячейках различной конструкции (иммерсионная, ячейка с O-образным уплотнителем, двойная и др.), корпус и уплотнители которой выполнены из устойчивых к HF материалов.[15] В случае двухэлектродной ячейки в качестве рабочего электрода (анода) выступает сама пластина, на поверхности которой протекает полуреакция окисления

Si + 6 F- + 2 Н+ + h+—*■ SiF62" + H2 Si + 6 F" + 4 h+—*• SiF62"

porous Si formation electropolishing

ОСР /

кремния, в то время как возле противоэлектрода (катода), который обычно изготовлен из платины, протекает полуреакция восстановления протонов до газообразного водорода. Одним из основных факторов, влияющих на результат формирования наноструктуры пористого кремния, является вольт-амперная характеристика процесса травления. Пример зависимости плотности тока от приложенного потенциала для травления пластины умеренно легированного кремния p-типа в 1%-ом растворе плавиковой кислоты приведён на Рис. 1. Кривая имеет три характерных для системы И¥ участка: область низкого тока, соответствующая образованию пористого кремния и определяемая 2-валентным электрохимическим окислением кремния (1), переходная область и область высокого тока, соответствующая режиму электролитической полировки и определяемая 4-валентным электрохимическим окислением кремния.[14]

Механизм порообразования в кремнии является достаточно сложным, и до сих пор не существует универсальной модели для его описания. На Рис. 2 изображены ключевые физические и химические процессы, лежащие в основе данного механизма, а в Табл. 1 приведены соответствующие им виды пористого кремния в зависимости от размера полученных пор.[14] Кратко прокомментируем их.

1. На участках поверхности, ориентированных вдоль кристаллографической плоскости (100), присутствуют напряжённые связи 81-И, из-за чего они более подвержены растворению по сравнению с другими участками. Напротив, связи 81-И вдоль плоскости (111) перпендикулярны поверхности, а значит более стабильны. Избирательная реакционная способность различных плоскостей кристалла ведёт к формированию «кристаллографических» пор, рост которых идёт преимущественно в направлении <100>.

2. Малый радиус кривизны у оснований пор приводит к локальному усилению электрического поля, притягивающему дырки валентной зоны.

3. Из-за изгиба энергетических зон на границе раздела кремний/электролит возникают области пространственного заряда - области, обеднённые основными носителями заряда. Они растут с уменьшением плотности примеси, поэтому данный механизм является определяющим для роста макропор в слаболегированном кремнии п-типа.

4. С уменьшением диаметра кремниевых филаментов возрастает их сопротивление, что препятствует транспорту дырок. При критическом значении диаметра (обычно несколько нм для кремния р-типа) процесс инжекции дырок в раствор является предпочтительным по сравнению с их движением вдоль длины нанонити. Данный механизм приводит к окончанию электрохимического растворения микропористого слоя после его формирования.

5. Увеличенная ширина запрещённой зоны в результате квантово-размерного эффекта ограничивает присутствие дырок в наиболее низкоразмерных участках пористой матрицы.

6. В случае отсутствия ионов фтора вблизи интерфейса кремний/электролит происходит формирование оксида кремния. Одновременно в этой области начинается отток дырок, который способствует дальнейшему росту оксида на границе объёмный/пористый кремний. Это приводит к расширению пор и в итоге - отрыву пористого слоя (электрополировка).

Рисунок 2. Схематическое изображение наиболее важных физических и химических процессов, лежащих в основе механизма формирования пористого кремния.[14]

Особый интерес представляет химически чистый способ синтеза нанокристаллов кремния путём лазерной абляции.[17] Суть методики заключается в удалении части вещества с поверхности мишени с помощью облучения её лазерным пучком. При малых потоках излучения происходит нагрев материала за счёт поглощения энергии лазера, сопровождающийся его испарением и сублимацией на поверхности камеры или подложки. При больших потоках материал, как правило, переходит в состояние плазмы, и кластеры нанометровых размеров образуются вследствие адиабатического расширения и рекомбинации плазменного факела. Для биомедицинских применений релевантна лазерная абляция мощными сверхкороткими импульсами в жидкости, которая позволяет получать коллоидные растворы наночастиц размером от нескольких (квантовые точки) до десятков

нанометров в различных растворителях без необходимости использования поверхностно-активных веществ и других реагентов (Рис. 3).[18] Кроме того, в последние годы набирает популярность энергетически эффективная технология синтеза кремниевого наноматериала с помощью разложения силана в поле радиочастотной термической плазмы.[19] Получаемые порошки кремниевых наночастиц защищены от окисления, водородное покрытие повышает их кристалличность, при этом они могут быть легко суспендированы в жидкости.

Рисунок 3. (а) Двухступенчатая схема синтеза люминесцентных квантовых точек кремния: формирование плёнки путём лазерной абляции мишени кристаллического кремния в гелиевой атмосфере и последующее получение коллоидного раствора наночастиц с помощью обработки плёнки ультразвуком в воде. (б) Поперечное изображение наноструктурированной кремниевой плёнки, сформированной на кристаллической подложке, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии. (в) Спектры фотолюминесценции кремниевой плёнки (красная кривая) и водной суспензии кремниевых наночастиц (чёрная кривая) и энергетическая диаграмма переходов, соответствующих экситонной люминесценции (1,5 эВ) и люминесценции за счёт наличия дефектов (2,7 эВ). (г) Изображение высокого разрешения частицы кремния, состоящей из отдельных нанометровых кристаллов (оранжевые эллипсы).[18]

Помимо описанных выше, активно развиваются методики синтеза кремниевых наноструктур «снизу вверх», преимуществом которых являются малые потери материала. Так, например, с помощью магниетермического восстановления микрошаблонов из диоксида кремния можно получать микропористые структуры кремния различной формы.[20] Химическое парофазное осаждение кремния на отожжённой углеродной

подложке позволяет синтезировать кремний-углеродные композиты, находящие применение, в частности, при создании анодов для литий-ионных аккумуляторов.[21] «Мокрую» химию, например, восстановление галогенида кремния с осаждением солей, используют для получения мезопористого кристаллического кремния.[22]

Как отмечалось выше, поверхность свежеприготовленного пористого кремния преимущественно покрыта группами Six—Hy (x + y = 4), которые участвуют в реакциях гидролиза и окисления. Поэтому для последующего использования поверхность кремниевых наноструктур требует стабилизации, защищающей её от естественного окисления. С целью получения гидрофильной поверхности может быть использовано термическое окисление гидрида Si-Hx до силанольных Si-OH и силоксановых групп Si—O— Si при температурах выше 600 oC.[23] Для придания кремнию гидрофобной поверхности можно применить термическую карбонизацию путём продувки кремния ацетиленом при высоких температурах с образованием связей Si—C. Стабилизированная такими методами поверхность может быть далее модифицирована химически активными карбоксильными — COOH или аминогруппами —NH2 в результате соответственно жидкофазной реакции с ундециленовой кислотой[24] или (З-аминопропил)-триэтоксисиланом (APTES)[25]. Ещё одним подходом является гидросилилирование - взаимодействие Si—H с группами C=C, C=C и C=O непредельных соединений с образованием соответствующих связей Si—C—C, Si—C=C и Si—C—O, катализируемое нагревом,[26] светом,[27] металлом[28] или кислотой Льюиса[29].

После стабилизации поверхности наноматериала определёнными функциональными группами к последним можно присоединить различные молекулярные комплексы для конкретных применений. Первый вариант модификации основан на физической адсорбции белков и иных биополимеров, имеющих заряженные участки цепей, на поверхности наночастиц. Так, покрытие термически гидрокарбонизированных наночастиц пористого кремния гидрофобином класса II существенно улучшило биосовместимость, смачиваемость и адгезию наночастиц на поверхности слизистых в экспериментах in vivo, при этом не ухудшая загрузку и выход лекарств по сравнению с непокрытыми наночастицами.[30] Послойная конъюгация полилактид-ко-гликолида и поливинилового спирта (PLGA/PVA) на поверхности кремниевых наночастиц позволила значительным образом повысить квантовый выход их фотолюминесценции за счёт уменьшения скорости растворения и пассивации поверхностных дефектов, отвечающих за безызлучательную рекомбинацию носителей заряда.[31] В то время как покрытие окисленных в воде кремниевых наночастиц декстраном повысило период их

полувыведения из крови в экспериментах т у/уо.[5] Лейкоцитоподобные векторы в виде наночастиц пористого кремния, покрытых фосфолипидной оболочкой мембран очищенных лейкоцитов и нагруженных лекарством, плохо распознаются иммунной системой и способны достигать воспалённых и повреждённых тканей или раковых клеток благодаря специфичным пептидам мембраны.[32]

Рисунок 4. Пример многоэтапной схемы химической модификации поверхности кремниевых наночастиц для контролируемого высвобождения лекарства путём нагрева термочувствительного покрытия инфракрасным и радиочастотным излучением: I -покрытие термически окисленных наночастиц аминогруппами с помощью (3-аминопропил)триэтоксилана (APTES), с которыми связывается инициатор а-бромоизобутирил бромид (BIBB); II - реакция радикальной полимеризации pNIPAAm с переносом атома; III - присоединение флуоресцеина (FITC) к одному из мономеров и загрузка доксорубицина в поры наночастиц.[36]

В силу того, что за физическую адсорбцию отвечают относительно слабые силы Ван-дер-Ваальса, покрытие наноструктур таким способом является нестабильным и обратимым, в особенности при изменении pH среды и при внешнем воздействии. Более надёжным вариантом является ковалентное химическое присоединение высокомолекулярных соединений к поверхности кремниевых наночастиц. Так, двойной слой полиэтиленгликоля (PEG) различной молекулярной массы на поверхности наночастиц кремния с осаждённым в порах суперпарамагнетиком помог многократно увеличить время нахождения частиц в кровотоке за счёт подавления опсонизации с сохранением контраста на изображениях МРТ, полученных in vivoJ33] Наночастицы диоксида кремния с примесью родамина, покрытые декстраном с меткой Fluo-4, способны стать внутриклеточным сенсором транспорта ионов Ca2+.[34] Методы клик-химии, в частности азид-алкиновое циклоприсоединение с использованием медного катализатора (CuAAC), позволили разработать новую технологию для создания оптических биосенсоров с матрицей на основе пористого кремния, используемой в качестве фотонного кристалла.[35] Многоэтапная химическая модификация поверхности кремниевых наночастиц позволяет получать

полифункциональные противораковые агенты. К примеру, с помощью реакции полимеризации N-изопропилакриламида (pNIPAAm) на поверхности модифицированных APTES наночастиц пористого кремния удалось синтезировать наноконтейнеры для доксорубицина с термочувствительным полимерным покрытием, нижняя критическая температура растворения которого была немногим выше 37 oC (Рис. 4). При этом эффективный выход лекарства, индуцированный лазерным или радиочастотным излучением, приводил к значительному подавлению роста опухолей как in vitro, так и in vivo.[36] С помощью гидросилилирования семикарбазидом наночастицы кремния, нагруженные гидрофобным препаратом камптотецином, удалось функционализировать тремя моноклональными антителами: MLR2, mAb528 и Rituximab, специфичными к клеткам нейробластомы, глиобластомы и В-лимфомыД37

1.2. ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ, ЭЛЕКТРОННЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

НАНОЧАСТИЦ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ

Интегральные структурные свойства наночастиц пористого кремния определяются свойствами первоначально синтезируемых пористых плёнок. Три наиболее важные морфологические характеристики плёнок - это толщина, пористость и размер пор. Пористость p показывает отношение удалённого вещества к исходному его количеству (до порообразования) и обычно выражается в процентах:

_ Кюр _ ™до травл ^после травл

^общ ™до травл ^после раствор

где Упор - объём пор, Уобщ - общий видимый объём плёнки, тдо травл - масса кремниевой пластины до травления, тпосле травл - масса пластины после травления, тпосле раствор - масса пластины после растворения пористого слоя в основной среде. Пористость зависит от электрических параметров (типа проводимости и уровня легирования) исходной пластины кристаллического кремния, а также от условий её электрохимической обработки (концентрации HF в электролите и плотности тока при анодировании).[14] Образцы с высоким значением пористости (p > 70 %) являются механически нестабильными и подверженными разрушению в процессе высушивания жидкости в порах из-за больших капиллярных сил на границе пар-жидкость.[38] С увеличением пористости полупроводниковый материал обедняется носителями заряда и характеризуется удельным сопротивлением более 107 Ом-см при значении этого параметра у подложки 1-10 Ом-см, что объясняется селективным вымыванием легирующих примесей в ходе электрохимического процесса и квантоворазмерным эффектом при увеличении энергии ионизации примесных центров.[39]

Для оценки величины p чаще всего используют гравиметрический метод.[40] Для этого взвешивают кремниевую пластину до порообразования, после формирования и после удаления протравленного слоя. Одним из удобных оптических методов определения толщины, пористости и эффективного показателя преломления плёнок является Фурье-спектроскопия в геометрии на отражение (Рис. 5).[41] Суть заключается в Фурье-преобразовании частотной зависимости сигнала интерферирующих лучей, отражённых от нижней и верхней границ пористого слоя, либо от разделов слоёв в случае многослойной структуры. Одновременное определение показателя преломления Пслоя и толщины L пористого слоя возможно благодаря методике SLIM (англ. Spectroscopic Liquid Infiltration Method), основанной на измерении оптической толщины слоя по Фурье-спектру сначала в воздухе, а потом в жидкости с известным показателем преломления.[42] Далее из модели эффективной среды, например модели Бруггемана для оптически анизотропной среды,[43] можно определить значение пористости материала:

р = 1

(0T4Ly-nk2ll2(°T*/L)2+nsi

(3)

[з (0Тк/ь) ] • - пк2]

где OT = ПслоL - оптическая плотность, k - индекс среды, в которую помещён пористый слой (воздух или жидкость). Описанная методика оптического анализа плёнок пористого кремния, в особенности многослойных, может быть использована для биосенсорики.[44]

Пористый кремний принято классифицировать в соответствии с принципом IUPAC (англ. International Union of Pure and Applied Chemistry), который определяет тип пористого материала в зависимости от размера пор (Табл. 1). Характерной чертой пористого кремния является большая суммарная площадь его внутренней поверхности. В зависимости от величины пористости и геометрии пор она может достигать значений от 100 до 800 м2/см3. Наиболее эффективными методиками определения площади внутренней поверхности и распределения пор по размерам являются методы BET (англ. Brunnauer-Emmett-Teller method), BJH (англ. Barret-Joyner-Halenda method) и BdB (англ. Broekhof-de Boer method), основанные на измерении изотерм адсорбции-десорбции газов со слабым межмолекулярным взаимодействием, таких как азот и углекислый газ, при криогенных температурах.[45] На Рис. 6а приведены характерные изотермы адсорбции азота для сильнолегированного кремниевого монослоя со смешанной микро- и мезопористой морфологией. Начало кривой (значения P/Pнас между 0 и 0,1) соответствует адсорбции на монослое и позволяет получить данные о суммарной площади его поверхности. Последующий резкий рост величины поглощённого объёма газа (P/Pнас > 0,6) соответствует

2

капиллярной конденсации адсорбата в микропорах нанометрового масштаба при температурах, значительно превышающих точку росы газа. Уравнение Кельвина позволяет связать радиус пор с относительным давлением пара, при котором наступает его

конденсация:

[46]

YV

RTln(P/PHacy

(4)

где г - радиус мениска жидкого адсорбата, у - поверхностное натяжение на границе раздела газ/жидкость, V - молярный объём жидкости, Я - универсальная газовая постоянная, Рнас -давление насыщенного пара при температуре Т, Р - наблюдаемое значение давления.

Рисунок 5. (а) Модель слоя пористого кремния на кристаллической подложке и схема наблюдения интерференционной картины от лучей, отражённых от подложки и пористого слоя. На фотографии пористого слоя на кремниевой подложке р++-типа видны кольца Ньютона - интерференционные полосы, возникающие вследствие незначительного изменения показателя преломления вдоль пластины. (б) Зависимость интенсивности отражённого сигнала от длины волны падающего излучения и спектр, полученный быстрым преобразованием Фурье, с пиком на значении 2nL. (в) Кривые отношений амплитуд двух спектров БПФ АвоздОТвозд и АжидкОТжидк, построенные по методике SLIM на основе модели Бруггемана (жидкость - спирт при комнатной температуре).[14]

г

Вид пористого кремния Размер пор Тип кремниевой подложки Основные механизмы порообразования *числа в скобках соответствуют номеру процесса на Рис. 2

Микро(нано-) пористый < 2 нм Р Избирательность процесса травления по отношению к различным

кристаллографическим плоскостям (7), локальное усиление электрического поля (2), туннелирование носителей заряда (4), квантово-размерный эффект (5)

Мезопористый 2-50 нм p+, p++, n+ Локальное усиление электрического поля (2), туннелирование носителей заряда (4)

Макропористый > 50 нм n Ограничение переноса объёмного заряда (3)

Таблица 1. Классификация пористого кремния по размерам его пор и основные механизмы порообразования.[14] Индексами «+» и «++» обозначены уровни легирования: диапазоны удельного сопротивления 0,1-0,01 Ом-см и 0,01-0,001 Ом-см и ниже.

Рисунок 6. (а) Изотермы адсорбции азота для свежеприготовленного (сверху) и окисленного при 600 oC в течение 1 ч (снизу) монослоя сильнолегированного кремния p++-типа, полученные методом BET. (б) Модель процесса адсорбции и десорбции в цилиндрических порах, объясняющая появление гистерезиса на изотермах сорбции газа.[14] (в) Распределение пор по размерам для наночастиц оксида кремния с различной модификацией.'471

Плато (Р/Рнас > 0,8) является показателем полного заполнения микропор молекулами сконденсированной жидкости и позволяет определить их объём. Наличие петли гистерезиса на изотерме определяется формой микропор, а также различием в процессах конденсации и испарения адсорбата: при адсорбции поры покрываются молекулами жидкости в виде монослоя, при десорбции жидкость начинает испаряться с краёв пор, образуя сферические мениски (Рис. 6б). С увеличением ширины гистерезиса диаметр пор уменьшается. Так, на Рис. 6а видно влияние оксидного слоя на размер пор: в

процессе окисления свежеприготовленных слоёв пористого кремния происходит утолщение стенок и, как следствие, уменьшение диаметра пор. Применяя модель идеальных (цилиндрических) пор и взаимодействия между адсорбентом и адсорбатом, можно рассчитать распределение пор по размерам (Рис. 6в).[47]

Рисунок 7. (а) Изображение кремниевых нанонитей в поперечном сечении, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).[50] (б) Изображение наночастиц, покрытых термочувствительным полимером, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ).[36] (в) Изображение СЭМ наноструктуры в виде кольца, синтезированного методом электронно-лучевой литографии.[51] (г) Изображение СЭМ двумерных кремниевых фотонных кристаллов.[52] Дифракционные картины, полученные при облучении электронным пучком пористого кремния в геометрии на прохождение в случае (д) менее и (е) более пористого образцов (интенсивность люминесценции образца растёт вместе с его пористостью).'481

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Свиридов Андрей Павлович, 2025 год

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

[1] Chen P., et al. "A comprehensive review of inorganic sonosensitizers for sonodynamic therapy" // Int. J. Mol. Sci. - 2023 - V. 24 - № 15 - P. 12001-1-12001-28.

[2] Гаврилов Л.Р. "Фокусированныйультразвук высокой интенсивности в медицине" // Фазис - 2013 - 656 С.

[3] Yildirim A., et al. "Nanoparticle-mediated acoustic cavitation enables high intensity focused ultrasound ablation without tissue heating" // ACS Appl. Mater. Interfaces - 2018 - V. 10 - № 43 - P. 36786-36795.

[4] Canavese G., et al. "Nanoparticle-assisted ultrasound: a special focus on sonodynamic therapy against cancer" // Chem. Eng. J. - 2018 - V. 340 - P. 155-172.

[5] Park J.-H., et al. "Biodegradable luminescent porous silicon nanoparticles for in vivo applications" // Nat. Mater. - 2009 - V. 8 - № 4 - P. 331-336.

[6] Santos H.A., et al. "In vitro cytotoxicity of porous silicon microparticles: effect of the particle concentration, surface chemistry and size" // Acta Biomater. - 2010 - V. 6 - № 7 - P. 2721-2731.

[7] Тимошенко В.Ю., et al. "Кремниевые нанокристаллы как фотосенсибилизаторы активного кислорода для биомедицинских применений" // Письма в ЖЭТФ - 2006 - Т. 83 -№ 9 - С. 492-495.

[8] Anglin E.J., et al. "Porous silicon in drug delivery devices and materials" // Adv. Drug Deliv. Rev. - 2008 - V. 60 - № 11 - P. 1266-1277.

[9] Hong C., et al. "Porous silicon nanoparticles for cancer photothermotherapy" // Nanoscale Res. Lett. - 2011 - V. 6 - № 321 - P. 1-8.

[10] Canham L.T. "Handbook of porous silicon", 2nd ed. // Springer - 2018 - 1613 P.

[11] Герасименко Н.Н., Пархоменко Ю.Н. «Кремний - материал наноэлектроники» // Техносфера - 2007 - 352 С.

[12] Uhlir A. Jr. "Electrolytic shaping of germanium and silicon" // The Bell Syst. Tech. J. -1956 - V. 35 - № 2 - P. 333-347.

[13] Canham L.T. "Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers" // Appl. Phys. Lett. - 1990 - V. 57 - № 10 - P. 1046-1048.

[14] Sailor M.J. "Porous silicon in practice: preparation, characterization and applications", 1st ed. // Wiley - 2011 - 262 P.

[15] Lehmann V. "Electrochemistry of silicon: instrumentation, science, materials and applications", 1st ed. // Wiley - 2002 - 286 P.

[16] Losic D., Santos A. "Electrochemically engineered nanoporous materials: methods, properties and applications", 1st ed. // Springer - 2015 - 364 P.

[17] Вейко В.П., et al. «Лазерная абляция монокристаллического кремния под действием импульсно-частотного излучения волоконного лазера» // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики - 2015 - Т. 15 - № 3 - С. 426-434.

[18] Gongalsky M.B., et al. "Laser-synthesized oxide-passivated bright Si quantum dots for bioimaging" // Sci. Rep. - 2016 - V. 6 - P. 24732-1-8.

[19] So K.-S., et al. " Synthesis of silicon nanopowder from silane gas by RF thermal plasma" // Phys. Status Solidi A - 2014 - V. 211 - № 2 - P. 310-315.

[20] Bao Z., et al. "Chemical reduction of three-dimensional silica micro-assemblies into microporous silicon replicas" //Nature - 2007 - V. 446 - № 8 - P. 172-175.

[21] Magasinski A., et al. "Highperformance lithium-ion anodes using a hierarchical bottom-up approach" // Nat. Mater. - 2010 - V. 9 - № 4 - P. 353-358.

[22] Dai F., et al. "Bottom-up synthesis of high surface area mesoporous crystalline silicon and evaluation of its hydrogen evolution performance " // Nat. Commun. - 2014 - V. 5 - P. 3605-1-11.

[23] Salonen J., Lehto V.-P., Laine E. "Thermal oxidation offree-standing porous silicon films" // Appl. Phys. Lett. - 1997 - V. 70 - № 5 - P. 637-639.

[24] Boukherroub R., et al. "Thermal hydrosilylation of undecylenic acid with porous silicon" // J. Electrochem. Soc. - 2002 - V. 149 - № 2 - P. H59-H63.

[25] Mäkilä E., et al. "Amine modification of thermally carbonized porous silicon with silane coupling chemistry" // Langmuir - 2012 - V. 28 - № 39 - P. 14045-14054.

[26] Boukherroub R., et al. "Ideal passivation of luminescent porous silicon by thermal, noncatalytic reaction with alkenes and aldehydes" // Chem. Mater. - 2001 - V. 13 - P. 2002-2011.

[27] Stewart M.P., Buriak J.M. "Photopatterned hydrosilylation on porous silicon" // Angew. Chem. Int. Ed. - 1998 - V. 37 - № 23 - P. 3257-3260.

[28] Jarvis K.L., Barnes T.J., Prestidge C.A. "Surface chemistry of porous silicon and implications for drug encapsulation and delivery applications" // Adv. Colloid Interface Sci. -2012 - V. 175 - P. 25-38.

[29] Stewart M.P., et al. "Three methods for stabilization andfunctionalization ofporous silicon surfaces via hydrosilylation andelectrografting reactions" // Phys. Stat. Sol. (A) - 2000 - V. 182 - № 1 - P. 109-115.

[30] Bimbo L.M., et al. "Functional hydrophobin-coating of thermally hydrocarbonized porous silicon microparticles" // Biomaterials - 2011 - V. 32 - № 34 - P. 9089-9099.

[31] Gongalsky M.B., et al. "Enhanced photoluminescence of porous silicon nanoparticles coated by bioresorbable polymers" // Nanoscale Res. Lett. - 2012 - V. 7 - № 1 - P. 446-1-7.

[32] Parodi A., et al. "Synthetic nanoparticles functionalized with biomimetic leukocyte membranes possess cell-like functions" // Nat. Nanotechnol. - 2013 - V. 8 - № 1 - P. 61-68.

[33] Nissinen T., et al. "Tailored dual PEGylation of inorganic porous nanocarriers for extremely long blood circulation in vivo" // ACS Appl. Mater. Interfaces - 2016 - V. 8 - № 48 -P. 32723-32731.

[34] Schulz A., et al. "Dextran-coated silica nanoparticles for calcium-sensing" // Analyst -2011 - V. 136 - № 8 - P. 1722-1727.

[35] Zhu Y., et al. "Photolithographic strategy for patterning preformed, chemically modified, porous silicon photonic crystal using click chemistry" // ACS Appl. Mater. Interfaces - 2013 - V. 5 - № 14 - P. 6514-6521.

[36] Tamarov K., et al. "Temperature responsive porous silicon nanoparticles for cancer therapy - spatiotemporal triggering through infrared and radiofrequency electromagnetic heating" // J. Control. Release - 2016 - V. 241 - P. 220-228.

[37] Secret E., et al. "Antibody-functionalized porous silicon nanoparticles for vectorization of hydrophobic drugs" // Adv. Healthc. Mater. - 2013 - V. 2 - № 5 - P. 718-727.

[38] Theis W. "Opticalproperties of porous silicon" // Surf. Science Rep. - 1997 - V. 29 - P. 91-192.

[39] Aroutiounian V.M., Ghulinyan M.Z. "Electrical conductivity mechanisms in porous silicon" // Phys. Stat. Sol. (A) - 2003 - V. 197 - № 2 - P. 462-466.

[40] Herino R., et al. "Porosity and pore size distribution of porous silicon layers" // J. Electrochem. Soc. (A) - 1997 - V. 134 - № 8 - P. 1994-2000.

[41] Pacholski C., et al. "Reflective interferometric Fourier transform spectroscopy: a self-compensating label-free immunosensor using double-layers of porous SiO2" // J. Am. Chem. Soc. - 1997 - V. 128 - № 13 - P. 4250-4252.

[42] Segal E., et al. "Confinement of thermoresponsive hydrogels in nanostructured porous silicon dioxide templates" // Adv. Funct. Mater. - 2007 - V. 17 - № 7 - P. 1153-1162.

[43] Bruggeman D.A.G. "Berechnung verschiedener physikalischer konstanten silicon dioxide templates von heterogenen substanzen" // Ann. Phys. - 1935 - V. 416 - № 7 - P. 636-664.

[44] Martin-Palma R.J., et al. "Porous silicon multilayer stacks for optical biosensing applications" // Microelectron. J. - 2004 - V. 35 - P. 45-48.

[45] Brunauer S., Emmett P.H., Teller E. "Adsorption of gases in multimolecular layers" // J. Am. Chem. Soc. - 1938 - V. 60 - № 2 - P. 309-319.

[46] Israelachvili J.N. "Intermolecular and surface forces", 3rd ed. // Academic Press London -2011 - 674 P.

[47] Cheng Y., et al. "Multifunctional peptide-amphiphile end-capped mesoporous silica nanoparticles for tumor targeting drug delivery" // ACS Appl. Mater. Interfaces - 2017 - V. 9 -№ 3 - P. 2093-2103.

[48] Cullis A.G., Canham L.T., Calcott P.D.J. "The structural and luminescence properties of porous silicon" // J. Appl. Phys. - 1997 - V. 82 - № 3 - P. 909-965.

[49] Osminkina L.A., et al. "Porous silicon nanoparticles as scavengers of hazardous viruses" // J. Nanopart. Res. - 2014 - V. 16 - P. 2430-1-2430-10.

[50] Gonchar K.A., et al. "Structural and optical properties of silicon nanowire arrays fabricated by metal assisted chemical etching with ammonium fluoride" // Front. Chem. - 2019 -V. 6 - № 653 - P. 1-7.

[51] Han X.-L., Larrieu G., Krzeminski C. "Modelling and engineering of stress based controlled oxidation effects for silicon nanostructure patterning" // Nanotechnology - 2013 - V. 24 - № 49 - P. 495301-1-14.

[52] Hung Y.J., Lee S.L., Coldren L.A. "Deep and tapered silicon photonic crystals for achieving anti-reflection and enhanced absorption" // Opt. Express - 2010 - V. 18 - № 7 - P. 6841-6852.

[53] Delerue C., Allan G., Lannoo M. "Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon" // Phys. Rev. B - 1993 - V. 48 - № 15 - P. 11024-11036.

[54] Kovalev D., et al. "Optical properties of Si nanocrystals" // Phys. Stat. Sol. (B) - 1999 -V. 215 - P. 871-932.

[55] Gupta A., Swihart M. T., Wiggers H. "Luminescent colloidal dispersion of silicon quantum dots from microwave plasma synthesis: exploring the photoluminescence behavior across the visible spectrum"// Adv. Funct. Mater. - 2009 - V. 19 - № 5 - P. 696-703.

[56] Kovalev D., et al. "The temperature dependence of the absorption coefficient of porous silicon" // J. Appl. Phys. - 1996 - V. 80 - № 5 - P. 5978-5983.

[57] Timoshenko V.Yu., et al. "Comparative study of photoluminescence of undoped and erbium-doped size-controlled nanocrystalline Si/SiO2 multilayered structures" // J. Appl. Phys. -2004 - V. 96 - № 4 - P. 2254-2260.

[58] Gu L., et al. "In vivo time-gated fluorescence imaging with biodegradable luminescent porous silicon nanoparticles" // Nat. Commun. - 2013 - V. 4 - P. 2326-1-2326-7.

[59] Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. "Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics" // Surf. Sci. Rep. - 2000 - V. 38 - P. 1-126.

[60] Riikonen J., et al. "Surface chemistry, reactivity, and pore structure of porous silicon oxidized by various methods" // Langmuir - 2012 - V. 28 - № 28 - P. 10573-10583.

[61] Wolkin M.V., et al. "Electronic states and luminescence in porous silicon quantum dots: the role of oxygen" // Phys. Rev. Lett. - 1999 - V. 82 - № 1 - P. 197-200.

[62] Morazzani V., et al. "Partial oxidation of porous silicon by thermal process: study of structure and electronic defects" // J. Luminesc. - 1993 - V. 57 - P. 45-49.

[63] Dohnalova K., et al. "Surface brightens up Si quantum dots: direct bandgap-like size-tunable emission" // Light: Sci. & Appl. - 2013 - V. 2 - № 47 - P. 1-6.

[64] Borghesi A., et al. "Characterization of porous silicon inhomogeneities by high spatial resolution infrared spectroscopy" // Solid State Com. - 1993 - V. 81 - № 1 - P. 1-4.

[65] Salcedo W.J., Fernandez F.J.R., Galeazzo E. "Structural characterization of photoluminescent porous silicon with FTIR spectroscopy" // Braz. J. Phys. - 1997 - V. 27 - № 4

- P. 419-428.

[66] Ogata Y., et al. "Hydrogen in porous silicon: vibrational analysis of SiHx species" // J. Electrochem. Soc. - 1995 - V. 142 - № 1 - P. 195-201.

[67] Hadj Zoubir N., et al. "Interpretation of the luminescence quenching in chemically etched porous silicon by the desorption of SH3 species" // Appl. Phys. Lett. - 1994 - V. 65 - № 1 - P. 82-84.

[68] Mawhinney D.B., Glass J.A., Yates J.T. "FTIR study of the oxidation ofporous silicon" // J. Phys. Chem. B - 1997 - V. 101 - № 7 - P. 1202-1206.

[69] Kovalev D., et al. "Photodegradation of porous silicon induced by photogenerated singlet oxygen molecules" // Appl. Phys. Lett. (B) - 2004 - V. 85 - № 16 - P. 3590-3592.

[70] Benesi H.A., Jones A.C. "An infrared study of the water-silica gel system " // J. Phys. Chem.

- 1959 - V. 63 - № 2 - P. 179-182.

[71] Heyn A.N.J. "The infrared absorption spectrum of dextran and its bound water" // Biopolymers - 1974 - V. 13 - № 3 - P. 475-506.

[72] Suh K.Y., et al. "Characterization of chemisorbed hyaluronic acid directly immobilized on solid substrates" // J. Biomed. Mater. Res. B - 2005 - V. 72 - P. 292-298.

[73] Tolstik E., et al. "Linear and non-linear optical imaging of cancer cells with silicon nanoparticles" // Int. J. Mol. Sci. - 2016 - V. 17 - № 1536 - P. 1-14.

[74] Campbell I.H., Fauchet P.M. "The effects of microcrystal size and shape on the one phonon Raman spectra of crystalline semiconductors" // Solid State Com. - 1986 - V. 58 - № 10 - P. 739741.

[75] Richter H., Wang Z.P., Ley L. "The one phonon Raman spectrum in microcrystalline silicon" // Solid State Comm. - 1981 - V. 39 - № 5 - P. 625-629.

[76] Zi J., et al. "Raman shifts in Si nanocrystals" // Appl. Phys. Lett. - 1996 - V. 69 - № 2 -P. 200-202.

[77] Гайслер С.В., et al. "Анализ рамановских спектров аморфно-нанокристаллических плёнок кремния" // Физ. твёрд. тела - 2004 - Т. 46 - № 8 - С. 1484-1488.

[78] Mariotto G., Ziglio F., Freire F.L.Jr. "Light-emitting porous silicon: a structural investigation by high spatial resolution Raman spectroscopy" // J. Non-Cryst. Sol. - 1995 - V. 192-193 - P. 253-257.

[79] Canham L.T., "Nanoscale semiconducting silicon as a nutritional food additive" // Nanotechnology - 2007 - V. 18 - № 18 - P. 185704-1-6.

[80] Artsemyeva K., et al. "Fabrication of SERS-active substrates by electrochemical and electroless deposition of metals in macroporous silicon" // ECS Transact. - 2013 - V. 53 - № 11

- P. 85-95.

[81] Berne B.J., Pecora R. "Dynamic light scattering with applications to chemistry, biology, andphysics", Unabridged Ed. // John Wiley & Sons - 2000 - 384 P.

[82] Духин С.С., Дерягин Б.В. "Электрофорез" // Наука - 1976 - 332 С.

[83] Drain L.E. "The laser Doppler technique" // John Wiley & Sons - 1980 - 384 P.

[84] Kumar A., Dixit C.K. "Methods for characterization of nanoparticles" in "Advances in nanomedicine for the delivery of therapeutic nucleic acids" // Woodhead Publishing - 2021 - P. 43-58.

[85] Brasili F., et al. "Assemblingpatchy plasmonic nanoparticles with aggregation-dependent antibacterial activity" // J. Colloid Interface Sci. - 2020 - V. 580 - P. 419-428.

[86] Sheng X., Zhang J. "Air layer on superhydrophobic surface underwater" // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. - 2011 - V. 377 - P. 374-378.

[87] De Stefano L., et al. "Protein-modifiedporous silicon nanostructures" // Adv. Mater. -2008 - V. 20 - № 8 - P. 1529-1533.

[88] Canham L.T. "Bioactive silicon structure fabrication through nanoetching techniques" // Adv. Mater. - 1995 - V. 7 - № 12 - P. 1033-1037.

[89] Low S.P., et al. "The biocompatibility of porous silicon in tissues of the eye" // Biomaterials

- 2009 - V. 30 - P. 2873-2880.

[90] Johansson F., et al. "Porous silicon as a potential electrode material in a nerve repair setting: tissue reactions" // Acta Biomater. - 2009 - V. 5 - P. 2230-2237.

[91] Allongue P., Costa-Kieling V., Gerischer H. "Etching of silicon in NaOH solutions: II. Electrochemical studies of n-Si(111) and (100) and mechanism of the dissolution" // J. Electrochem. Soc. - 1993 - V. 140 - № 4 - P. 1018-1026.

[92] Anderson S.H.C., et al. "Dissolution of different forms of partially porous silicon wafers under simulated physiological conditions" // Phys. Stat. Sol. (A) - 2003 - V. 197 - № 2 - P. 331335.

[93] Godin B., et al. "Tailoring the degradation kinetics of mesoporous silicon structures through PEGylation" // J. Biomed. Mater. Res. A - 2010 - V. 94A - № 4 - P. 1236-1243.

[94] Nissinen T., et al. "Improved production efficiency of mesoporous silicon nanoparticles by pulsed electrochemical etching" // Powder Technol. - 2016 - V. 288 - P. 360-365.

[95] Decuzzi P., Ferrari M. "The adhesive strength of non-spherical particles mediated by specific interactions" // Biomaterials - 2006 - V. 27 - № 30 - P. 5307-5314.

[96] Ainslie K.M., et al. "In vitro immunogenicity of silicon-based micro- and nanostructured surfaces" // ACS Nano - 2008 - V. 2 - № 5 - P. 1076-1084.

[97] Godin B., et al. "Discoidal porous silicon particles: fabrication and biodistribution in breast cancer bearing mice" // Adv. Funct. Mater. - 2012 - V. 22 - № 20 - P. 4225-4235.

[98] Näkki S., et al. "Improved stability and biocompatibility of nanostructured silicon drug carrier for intravenous administration" // Acta Biomater. - 2015 - V. 13 - № 23 - P. 207-215.

[99] Gross E., et al. "Spectrally resolved electronic energy transfer from silicon nanocrystals to molecular oxygen mediated by direct electron exchange" // Phys. Rev. B - 2003 - V. 68 - P. 115405-1-11.

[100] Gongalsky M.B., et al. "Photosensitized generation of singlet oxygen in porous silicon studied by simultaneous measurements of luminescence of nanocrystals and oxygen molecules" // J. Appl. Phys. - 2011 - V. 110 - P. 013707-1-5.

[101] Константинова Е.А., Дёмин В.А., Тимошенко В.Ю. "Исследование процесса генерации синглетного кислорода в ансамблях фотовозбуждённых нанокристаллов кремния методом электронного парамагнитного резонанса" // ЖЭТФ - 2008 - Т. 134 - № 3(9) - С. 557-566.

[102] Xiao L., et al. "Porous silicon nanoparticle photosensitizers for singlet oxygen and their phototoxicity against cancer cells" // ACS Nano - 2011 - V. 5 - № 5 - P. 3651-3659.

[103] Chirvony V.S., et al. "Luminescence properties of the porphyrin/porous silicon composites" // Phys. Stat. Sol. (A) - 2007 - V. 204 - № 5 - P. 1523-1527.

[104] Kovalev D., et al. "Resonant electronic energy transfer from excitons confined in silicon nanocrystals to oxygen molecules" // Phys. Rev. Lett. - 2002 - V. 89 - № 13 - P. 1374011-1-4.

[105] Salonen J., et al. "Mesoporous silicon microparticles for oral drug delivery: loading and release of five model drugs" // J. Control. Release - 2005 - V. 108 - № 2-3 - P. 362-374.

[106] Wang F., et al. "Oxidized mesoporous silicon microparticles for improved oral delivery of poorly soluble drugs" // Mol. Pharm. - 2010 - V. 7 - № 1 - P. 227-236.

[107] Foraker A.B., et al. "Microfabricated porous silicon particles enhance paracellular delivery of insulin across intestinal Caco-2 cell monolayers" // Pharm. Res. - 2003. - V. 20 - № 1 - P. 110-116.

[108] Tanaka T., et al. "Sustained small interfering RNA delivery by mesoporous silicon particles" // Cancer Res. - 2010 - V. 70 - № 9 - P. 3687-3696.

[109] Kovalainen M., et al. "Mesoporous silicon (PSi) for sustained peptide delivery: effect of PSi microparticle surface chemistry on peptide YY3-36 release" // Pharm. Res. - 2012 - V. 29 -№ 3 - P. 837-846.

[110] De Angelis F., et al. "Water soluble nanoporous nanoparticle for in vivo targeted drug delivery and controlled release in B cells tumor context" // Nanoscale - 2010 - V. 2 - № 10 - P. 2230-2236.

[111] Meraz I.M., et al. "Activation of the inflammasome and enhanced migration of microparticle-stimulateddendritic cells to the draining lymph node" // Mol. Pharm. - 2012 - V. 9 - № 7 - P. 2049-2062.

[112] Sneider A., et al. "Remotely triggered nano-theranostics for cancer applications" // Nanotheranostics - 2017 - V. 1 - № 1 - P. 1-20.

[113] Roper D.K., Ahn W., Hoepfner M. "Microscale heat transfer transduced by surface plasmon resonant gold nanoparticles" // J. Phys. Chem. C - 2007 - V. 111 - № 9 - P. 3636-3641.

[114] Xu W., et al. "A scalable synthesis of biodegradable black mesoporous silicon nanoparticles for highly efficient photothermal therapy" // ACS Appl. Mater. Interfaces - 2018 -V. 10 - № 28 - P. 23529-23538.

[115] Yu X., et al. "Black hollow silicon oxide nanoparticles as highly efficient photothermal agents in the second near-infrared window for in vivo cancer therapy" // Biomaterials - 2017 - V. 143 - P. 120-129.

[116] Zhang J., et al. "Degradable hollow mesoporous silicon/carbon nanoparticles for photoacoustic imaging-guided highly effective chemo-thermal tumor therapy in vitro and in vivo " // Theranostics - 2017 - V. 7 - № 12 - P. 3007-3020.

[117] Ye Z., et al. "Surface-functionalized silicon nanoparticles as contrast agents for photoacoustic microscopy imaging" // ACS Appl. Nano Mater. - 2015 - V. 25 - № 7 - P. 1-7.

[118] Kirillin M.Yu., et al. "Laser-ablated silicon nanoparticles: optical properties and perspectives in optical coherence tomography" // Laser Phys. - 2015 - V. 2 - № 12 - P. 75777584.

[119] Cui M., et al. "Fluorescent silicon nanorods-based nanotheranostic agents for multimodal imaging-guided photothermal therapy" // Nano-Micro Lett. - 2019 - V. 11 - № 73 - P. 1-15.

[120] Gongalsky M.B., et al. "Porous silicon nanoparticles as biocompatible contrast agents for magnetic resonance imaging" // Appl. Phys. Lett. - 2015 - V. 107 - P. 233702-1-4.

[121] Gizzatov A., et al. "Geometrical confinement of Gd(DOTA) molecules within mesoporous silicon nanoconstructs for MR imaging of cancer" // Cancer Lett. - 2014 - V. 352 - № 1 - P. 97101.

[122] Gizzatov A., et al. "Hierarchically structured magnetic nanoconstructs with enhanced relaxivity and cooperative tumor accumulation" // Adv. Funct. Mater. - 2014 - V. 24 - № 29 - P. 4584-4594.

[123] Tao C., Zhu Y. "Magnetic mesoporous silica nanoparticles for potential delivery of chemotherapeutic drugs and hyperthermia" // Dalton Trans. - 2014 - V. 43 - № 41 - P. 1548215490.

[124] Aptekar J.W., et al. "Silicon nanoparticles as hyperpolarizedmagnetic resonance imaging agents" // ACS Nano - 2009 - V. 3 - № 12 - P. 4003-4008.

[125] Kinsella J.M., et al. "Enhanced magnetic resonance contrast of Fe3O4 nanoparticles trapped in a porous silicon nanoparticle host" // Adv. Healthc. Mater. - 2011 - V. 23 - № 36 - P. H248-H253.

[126] Granitzer P., Rumpf K. "Magnetic nanoparticles embedded in a silicon matrix" // Materials - 2011 - V. 4 - № 5 - P. 908-928.

[127] Tu C., et al. "PET imaging and biodistribution of silicon quantum dots in mice" // ACS Med. Chem. Lett. - 2011 - V. 2 - № 4 - P. 285-288.

[128] Keinanen O., et al. "Pretargeted PET imaging of trans-cyclooctene-modified porous silicon nanoparticles" // ACS Omega - 2017 - V. 2 - № 1 - P. 62-69.

[129] Wang C.-F., et al. "Multifunctional porous silicon nanoparticles for cancer theranostics" // Biomaterials - 2015 - V. 48 - № 1 - P. 108-118.

[130] Hayashi K., Watarua S., Yogo T. "Iodinated silica/porphyrin hybrid nanoparticles for X-ray computed tomography/fluorescence dual-modal imaging of tumors" // J. Asian Ceram. Soc. -2014 - V. 2 - № 4 - P. 429-434.

[131] Kobayashi Y., et al. "X-ray imaging technique using colloid solution of Au/silica core-shell nanoparticles" // J. Nanostruct. Chem. - 2013 - V. 3 - № 62 - P. 1-6.

[132] Petriev V.M., et al. "Nuclear nanomedicine using Si nanoparticles as safe and effective carriers of 188Re radionuclide for cancer therapy" // Sci. Rep. - 2019 - V. 9 - P. 2017-1-10.

[133] David Gara P.M., et al. "ROS enhancement by silicon nanoparticles in X-ray irradiated aqueous suspensions and in glioma C6 cells" // J. Nanopart. Res. - 2012 - V. 4 - № 741 - P. 113.

[134] Matsumoto K., et al. "Destruction of tumor mass by gadolinium-loaded nanoparticles irradiated with monochromatic X-rays: implications for the Auger therapy" // Sci. Rep. - 2019 -V. 9 - P. 13275-1-10.

[135] Hill C.R., Bamber J.C., ter Haar G.R. "Physicalprinciples of medical ultrasonics", 2nd ed. // Wiley - 2004 - 511 P.

[136] Zhou Y., Gao X.W. "Variations of bubble cavitation and temperature elevation during lesion formation by high-intensity focused ultrasound" // J. Acoust. Soc. Am. - 2013 - V. 134 -№ 2 - P. 1683-1694.

[137] Yoshizawa S., Takagi R., Umemura S. "Enhancement of high-intensity focused ultrasound heating by short-pulse generated cavitation" // Appl. Sci. - 2017 - V. 7 - № 288 - P. 1-20.

[138] Wang X., et al. "Perfluorohexane-encapsulated mesoporous silica nanocapsules as enhancement agents for highly efficient high intensity focused ultrasound (HIFU) " // Adv. Mater. - 2012 - V. 24 - № 6 - P. 785-791.

[139] Ma M., et al. "A drug-perfluorocarbon nanoemulsion with an ultrathin silica coating for the synergistic effect of chemotherapy and ablation by high-intensity focused ultrasound" // Adv. Mater. - 2014 - V. 26 - № 43 - P. 7378-7385.

[140] Tuziuti T., et al. "Correlation between acoustic cavitation noise and yield enhancement of sonochemical reaction by particle addition" // J. Phys. Chem. A - 2005 - V. 109 - № 21 -P. 48694872.

[141] Zhang X., et al. "Stability of interfacial nanobubbles" // Langmuir - 2013 - V. 29 - № 4 -P. 1017-1023.

[142] Сиротюк М.Г. "Акустическая кавитация" // Наука - 2008 - 271 С.

[143] Горьков Л.П. "О силах, действующих на малую частицу в акустическом поле в идеальной жидкости" // Докл. Академ. Наук СССР - 1961 - Т. 140 - № 1 - С. 88-91.

[144] Domenici F., et al. "Differential effects on membrane permeability and viability of human keratinocyte cells undergoing very low intensity megasonic fields" // Sci. Rep. - 2017 - V. 7 - P. 16536-1-16536-10.

[145] Li B., Gu Y., Chen M., "An experimental study on the cavitation of water with dissolved gases" // Exp. Fluids - 2017 - V. 58 - P. 164-1-164-9.

[146] Bader K.B., Holland C.K. "Gauging the likelihood of stable cavitation from ultrasound contrast agents" // Phys. Rep. - 2013 - V. 58 - № 1 - P. 127-144.

[147] Cheng M., et al. "Effects of ultrasoundpulse parameters on cavitation properties of flowing microbubbles under physiologically relevant conditions" // Ultrason. Sonochem. - 2019 - V. 52 -P. 512-521.

[148] Abbas S., et al. "An overview of ultrasound-assisted food-grade nanoemulsions" // Food Eng. Rev. - 2013 - V. 5 - P. 139-157.

[149] Maiga M.A., Coutier-Delgosha O., Buisine D. "A new cavitation model based on bubble-bubble interactions" // Phys. Fluids - 2018 - V. 30 - P. 123301-1-123301-16.

[150] Crum L.A. "Acoustic cavitation series: part five. Rectified diffusion" // Ultrasonics - 1984 - V. 22 - № 5 - P. 215-223.

[151] Kang B., et al. "Subcellular-scale drug transport via ultrasound-degradable mesoporous nanosilicon to bypass cancer drug resistance" // Small - 2017 - V. 13 - № 20 - P. 1604228-1-8.

[152] Wang J., Jiao Y., Shao Y. "Mesoporous silica nanoparticles for dual-mode chemo-sonodynamic therapy by low-energy ultrasound" // Materials - 2018 - V. 11 - № 10 - P. 2041-117.

[153] Qian X., et al. "Hollowperiodic mesoporous organosilicasfor highly efficientHIFU-based synergistic therapy" // RSC Adv. - 2014 - V. 4 - P. 17950-17958.

[154] Paris J.L., et al. "Polymer-grafted mesoporous silica nanoparticles as ultrasound-responsive drug carriers" // ACS Nano - 2015 - V. 9 - № 11 - P. 11023-11033.

[155] Brujan E.A. "The role of cavitation microjets in the therapeutic applications of ultrasound" // Ultrasound Med. Biol. - 2004 - V. 30 - № 3 - P. 381-387.

[156] Rich J., Tian Z., Huang T.J. "Sonoporation: past, present, and future" // Adv. Mater. Technol. - 2021 - V. 7 - P. 2100885-1-2100885-17.

[157] Mullin L.B., Phillips L.C., Dayton P.A. "Nanoparticle delivery enhancement with acoustically activatedmicrobubbles" // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control - 2013 -V. 60 - № 65 - P. 65-77.

[158] Ferrara K., Pollard R., Borden M. "Ultrasoundmicrobubble contrast agents: fundamentals and application to gene and drug delivery" // Annu. Rev. Biomed. Eng. - 2007 - V. 9 - P. 415447.

[159] Chen F., et al. "Exosome-like silica nanoparticles: a novel ultrasound contrast agent for stem cell imaging" // Nanoscale - 2017 - V. 9 - № 1 - P. 402-411.

[160] Jin Q., et al. "Superhydrophobic silica nanoparticles as ultrasound contrast agents" // Ultrason. Sonochem. - 2017 - V. 36 - P. 262-269.

[161] Martinez H.P., et al. "Hard shell gas-filled contrast enhancement particles for colour Doppler ultrasound imaging of tumors" // Med. Chem. Comm. - 2010 - V. 1 - № 4 - P. 266-270.

[162] Ke H., et al. "Gold-nanoshelled microcapsules: a theranostic agentfor ultrasound contrast imaging andphotothermal therapy" // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 2011 - V. 50 - № 13 - P. 3017-3021.

[163] Wu H., et al. "Prostate stem cell antigen antibody-conjugated multiwalled carbon nanotubes for targeted ultrasound imaging and drug delivery" // Biomaterials - 2014 - V. 35 - № 20 - P. 5369-5380.

[164] Milgroom A., et al. "Mesoporous silica nanoparticles as a breast-cancer targeting ultrasound contrast agent" // Colloids Surf. B Biointerfaces - 2014 - V. 116 - P. 652-657.

[165] Qian X., et al. "Organic-inorganic hybrid hollow mesoporous organosilica nanoparticles for efficient ultrasound-based imaging and controlled drug release" // J. Nanomater. - 2014 - P. 972475-1-8.

[166] Qian X., Zheng Y., Chen Y. "Micro/nanoparticle-augmentedsonodynamic therapy (SDT): breaking the depth shallow of photoactivation" // Adv. Mater. - 2016 - V. 28 - № 37 - P. 80978129.

[167] Chen J., et al. "Oxygen-self-produced nanoplatform for relieving hypoxia and breaking resistance to sonodynamic treatment of pancreatic cancer" // ACS Nano - 2017 - V. 11 - № 12 -P. 12849-12862.

[168] Malekmohammadi S., et al. "Design and synthesis of gatekeeper coated dendritic silica/titania mesoporous nanoparticles with sustained and controlled drug release properties for targeted synergetic chemo-sonodynamic therapy" // ACS Biomater. Sci. Eng. - 2019 - V. 5 - № 9 - P. 4405-4415.

[169] Li Z., et al. "Synergistic sonodynamic/chemotherapeutic suppression of hepatocellular carcinoma by targeted biodegradable mesoporous nanosonosensitizers" // Adv. Funct. Mater. -2018 - V. 28 - № 26 - P. 1800145-1-16.

[170] Xu W., et al. "A nano-stopper approach to selectively engineer the surfaces of mesoporous silicon" // Chem. Mater. - 2014 - V. 26 - № 23 - P. 6734-6742.

[171] Neppiras E.A. "Acoustic сavitation" // Phys. Rep. - 1980 - V. 61 - № 3 - P. 159-251.

[172] Диденкулов И.Н., Мартьянов А.И., Прончатов-Рубцов Н.В. "Экспериментальное исследование ультразвуковой кавитации в плоском открытом резонаторе" // Труды XXIV сессии РАО, Москва - 2011.

[173] Krishna P.D., et al. "Subharmonic generation from ultrasonic contrast agents" // Phys. Med. Biol. - 1999 - V. 44 - P. 681-694.

[174] Brabec K., Mornstein V. "Detection of ultrasonic cavitation based on low-frequency analysis of acoustic signal" // Cent. Eur. J. Biol. - 2007 - V. 2 - № 2 - P. 213-221.

[175] Kovalainen M., et al. "Development ofporous silicon nanocarriers for parenteral peptide delivery" // Biomaterials - 2013 - V. 10 - № 1 - P. 353-359.

[176] Patterson A.L. "The Scherrer formula for X-ray particle size determination" // Phys. Rev. - 1939 - V. 56 - P. 978-982.

[177] Canham L.T., et al. "Rapid chemography of porous silicon undergoing hydrolysis" // Adv. Mater. - 1994 - V. 6 - № 11 - P. 865-868.

[178] Ормонт Б.Ф. "Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников" // Высшая школа - 1982 - 528 С.

[179] Chen Y., Wang J., Flanagan D.R. "Fundamental of diffusion and dissolution" in "Developing solid oral dosage forms" // Elsevier - 2017 - P. 253-270.

[180] Cao H., et al. "A modelling framework for bulk particles dissolving in turbulent regime " // Chem. Eng. Res. Des. - 2016 - V. 114 - P. 108-118.

[181] Skeel R.D., Berzins M. "A method for the spatial discretization ofparabolic equations in one space variable " // SIAM J. Sci. Stat. Comput. - 1990 - V. 11 - № 1 - P. 1-32.

[182] Hon N.K., et al. "Tailoring the biodegradability of porous silicon nanoparticles" // J. Biomed. Mater. Res. - 2012 - V. 100A - № 12 - P. 3416-3421.

[183] Rebreanu L., Vanderborght J.-P., Chou L. "The diffusion coefficient of dissolved silica revisited" // Mar. Chem. - 2008 - V. 112 - P. 230-233.

[184] Urick R.J. "The absorption of sound in suspensions of irregular particles" // J. Acoust. Soc. Am. - 1948 - V. 20 - № 3 -P. 283-289.

[185] Allegra J.R., Hawley S.A. "Attenuation of sound in suspensions and emulsions: theory and experiments" // J. Acoust. Soc. Am. - 1972 - V. 51 - № 2 -P. 1545-1564.

[186] Самарский А.А. "Теорияразностных схем" // Наука - 1977 - 656 С.

[187] Kharin A., et al. "Carbon fluoroxide nanoparticles as fluorescent labels and sonosensitizers for theranostic applications" // Sci. Technol. Adv. Mater. - 2015 - V. 16 - P. 44601-1-44601-6.

[188] Leighton T. "The acoustic bubble", 1st ed. // Academic Press - 1997 - 613 P.

[189] Morton K.I., et al. "Subharmonic emission as an indicator of ultrasonically-induced biological damage" // Ultrasound Med. Biol. - 1983 - V. 9 - № 6 - P. 629-633.

[190] Ngo D., et al. "Hydrogen bonding interactions of H2O andSiOH on a boroaluminosilicate glass corroded in aqueous solution" // NPJ Mater. Degrad. - 2020 - V. 4 - P. 1-1-1-14.

[191] Gilmore F.R. "The growth or collapse of a spherical bubble in a viscous compressible liquid" // California Institute of Technology - 1952 - 40 P.

[192] Akulichev V.A. "Pulsations of cavitation voids. High-intensity ultrasonic fields" // Springer - 1971 - P. 201-259.

[193] Macdonald J.R. "Some simple isothermal equations of state" // Rev. Mod. Phys. - 1966 -V. 38 - № 4 - P. 669-679.

[194] Plesset M.S., Prosperetti A. "Bubble dynamics and cavitation" // Annu. Rev. Fluid Mech. - 1977 - V. 9 - № 1 - P. 145-185.

[195] Осминкина Л.А., et al. "Влияние наноструктурированного кремния на процессы пролиферации стволовых и раковых клеток " // БЭБМ - 2011 - V. 151 - № 1 - P. 91 -95.

[196] Osminkina L.A., et al. "Porous silicon nanoparticles as efficient sensitizers for sonodynamic therapy of cancer" // Micropor. Mesopor. Materials - 2015 - V. 210 - P. 169-175.

[197] Николаев А.Л., й а1. "Комбинированная ультразвуковая терапия онкологических заболеваний" // Российский химический журнал - 2013 - Т. 57 - № 2 - С. 83-99.

* * *

Автор выражает огромную благодарность своему научному руководителю -профессору Тимошенко В.Ю. за привитый со студенческой поры интерес к тематике исследования, руководство и плодотворную работу на протяжении долгих лет. Отдельной признательностью хочется отметить доцента кафедры акустики Андреева В.Г. за возможность проведения серии качественных и увлекательных экспериментов в лаборатории нелинейной и медицинской акустики, полезные дискуссии и замечания. Автор искренне благодарит руководителей лаборатории физических методов биосенсорики и нанотераностики старшего научного сотрудника Осминкину Л.А. и научного сотрудника Гонгальского М.Б. за помощь в проведении экспериментов, обсуждение результатов и совместное участие в научных конференциях. Особую благодарность хочется выразить своему давнему другу и коллеге Тамарову К.П. - выпускнику физического факультета МГУ, занимающемуся после получения степени Ph.D. исследовательской деятельностью в группе фармацевтической физики Университета Восточной Финляндии под руководством проф. Лехто, за помощь в синтезе образцов, совместное проведение исследований и написание научных статей. Также хотелось бы поблагодарить ведущего научного сотрудника кафедры радиохимии химического факультета МГУ Николаева А.Л., ведущего научного сотрудника Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Кудрявцева А.А., старшего научного сотрудника НМИЦ онкологии им. Блохина Зиновьева С.В. и научного сотрудника физического факультета Каргину Ю.В. за помощь в проведении экспериментов с клеточными культурами и лабораторными животными. Огромное спасибо моим родным, которые постоянно оказывали поддержку и мотивировали на достижение конечного результата.