PED114_RO

Nume proiect: Nanoparticule hibride de Fe-Si magnetic-luminiscente destinate pentru aplicații biomedicale

Contract nr . 114/2016

Cod Proiect: PN-III-P2-2.1-PED-2016-1698

Program: Pr. 2-Creșterea competivității economiei românești prin cercetare, dezvoltare și inovare.

Tipul proiectului: Proiect experimental-demonstrativ

Director de proiect: Dumitrache Florian

Coordonator: Institutul Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației

Partener: Universitatea București – Facultatea de Biologie

Sursa finantare: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI)

Rezumatul proiectului:

Proiectul are ca scop principal prepararea și optimizarea unor nanovehicule operabile magnetic, cu proprietăți luminiscente, pentru scopuri multifuncționale (diagnoză, distribuție de medicament, hipertermie și tratament fotodinamic) bazate pe nanoparticule hibride de Fe-Si. Dezvoltarea sistemului original validat în laborator constă în obținerea unei suspensii stabilizate și biotestate pe bază de nanoparticule de Fe-Si sintetizate în prealabil prin piroliză laser într-un singur pas. Proiectul propune două configurații de nanostructuri: nanoparticule agregate conținând nanocristale separate pe bază de Si și Fe sau nanoparticule compozite cu miez pe bază de Fe și înveliș pe bază de Si. Astfel, se obține un material dual: magnetic (mulțumită Fe) și luminiscent (Q-dot-urile Si). Se urmărește adaptarea mărimii medii a nanocristalelor de Si la valori între 2-5 nm, cu scopul de a genera luminiscență în vizibil. Nanoparticulele produse vor fi dispersate și stabilizate folosind derivate ale PEG, L-Dopa, CMCNa, treonină, dextran, chitosan etc. În final, modelul demonstrativ de produs optimizat va fi validat pe bază a 6 caracteristici: marimea nanoparticulelor, parametrii de răspuns magnetic, eficiența fotoluminiscenței, stabilitatea suspensiei, biocompatibilitate și efectul de hipertermie indus magnetic.

Faza I – 29/12/2017
Pentru detalii faza dati click aici pentru a vizualiza

Nanocristale pe baza de fier si hibride Fe/Si sintetizate prin piroliza laser: analize de structura, magnetice si biocompatibilitate

Durata Fazei I: 03/01/2017 — 29/12/2017

Valoarea alocata proiectului de la bugetul de stat pentru 2017: 406.415 RON.

Diseminarea rezultatelor

Rezultatele obtinuite in decursul acestei etape au fost prezentate la
2 Conferințe Internaționale, si au fost reunite in 2 Articole
Stiințifice:
• L. Gavrila‑Florescu, F.Dumitrache, M.Balas, C.T. Fleaca, M. Scarisoreanu, I.P. Morjan, E.Dutu, A. Ilie, A.‑M. Banici, C. Locovei, G. Prodan, „Synthesis of Fe-based core@ZnO shell nanopowders by laser pyrolysis for biomedical applications”, Applied Physics A (2017) 123:802.
• Un articol in revizie “Synthesis, characterization and in vitro biological evaluation of hybrid Fe/Si nanoparticles” la Journal of Nanoparticle Research (număr de identificare: NANO-D-17-02078).

Conferințe Internaționale:
• Prezentare Poster: L. Gavrila-Florescu, F. Dumitrache, M. Balas, C.Fleaca, C. Locovei, I.P. Morjan, M.Scarisoreanu, A. Ilie, A. Banici, G. Prodan, „Synthesis by laser pyrolysis of Fe based core@ZnO shell nanopowders for biomedical applications”, EMRS Spring Meeting 2017, 21-27 iunie, Franta – Strasbourg, Simpozion X.
• Prezentare orala : F. Dumitrache, M. Balas, C.Fleaca, I.Morjan, A. Dimischiotu, M.S. Stan, I. Sandu, A. Ilie, C. Locovei, I. P. Morjan, E. Vasile, O. Marinica, „Magnetic and biocompatible tests of novel iron nitride based nanoparticles synthesized by ammonia sensitized laser pyrolysis”, EMRS Spring Meeting 2017, 21-27 iunie, Franta – Strasbourg, Simpozion X.

Lista de personal:

Coordonator:

Florian Dumitrache
Claudiu Fleaca
Ion Morjan
Elena Dutu
Alina Ilie
Ion Sandu
Iuliana Morjan
Eugenia Vasile
Adrian Petris
Mihai Patachia
Dan Adrian Miron
Stefan George Banita

Partener:

Anca Dinischiotu
Sorina Nicoleta Voicu
Miruna Silvia Stan
Virginia Cecilia Gheran
Mihaela Balas
Claudia Ion

Faza II– 30/06/2018

Nanoparticule Fe-Si (cu proprietati magnetice si luminiscente) bine dispersate in medii compatibile cu culturile celulare destinate bio-imagisticii, etichetarii celulare si tratamentelor prin hipertermie: validarea produsului in conditii de laborator.

Durata Fazei II: 1/01/2018 — 30/06/2018

Valoarea alocata proiectului de la bugetul de stat pentru 2018: 193,585 RON.

Rezumat:
Pe parcursul etapei 2 au fost îndeplinite o serie de 4 activități vizând optimizarea tehnicii de producere prin piroliza laser de nanomateriale magnetice si luminiscente hibride pe baza de Fe/Si. Pe baza acestor nanoparticule s-au testat stabilizatori si optimizat rețete de preparare de suspensii stabilizate ce in final au fost adaptate la un fluid de baza identic in compoziție PBS sau FBS pentru a fi ulterior testate citotoxic si relativ la capacitatea de penetrare celulara. Am folosit de asemenea aceste suspensii stabilizate de nanopulberi hibride pentru a prepara dispozitive fotonice de tip invers opal si geluri poliacrilice. Sunt raportate cu succes sintetizarea de agregate cu nanoparticule hibride distincte pe baza de Fe si Si (Fe-Si) după un procedeu original neutilizat pana in prezent. Nanopulberile sintetizate in condiții optime prezinta magnetizări ridicate (pana la 65 emu/g) si concomitent luminiscenta in zona vizibila-roșu sau IR apropiat chiar si la o excitație in vizibil (verde-530 nm). Atât pulberile sintetizate cat si partea solida din suspensiile stabilizate sunt analizate morfo-structural prin XRD, TEM, SAED, EDS, Raman in timp ce calitatea stabilizării este evaluata cu DLS si TEM. De asemenea sunt evaluate proprietățile magnetice, luminiscenta si efectul de hipertermie. Suspensiile stabilizate in condiții optime au prezentat o foarte buna dispersie in mediul de cultura, in special cel conținând celule tumorale, lucru ce a facilitat o buna penetrarea celulara chiar si după 24 ore de expunere. In plus morfologia si viabilitatea celulelor nu se modifica semnificativ indicând un grad ridicat de biocompatibilitatea pentru nanostructurile analizate. Evaluările biochimice indica distinct un stras oxidativ la nivelul celulelor tumorale, premisă pentru o viitoare terapie anticancer pe baza acestor agregatele hibride de nanoparticule Fe-Si.

Activitati:

1. Sinteza prin piroliza laser de nanopulberi hibride Fe-Si cu proprietăți structurale si de biocompatibilitate optimizate.
2. Prepararea de dispersii stabilizate (cu PBS, FBS etc.) din nanoparticule hibride Fe-Si gata pregătite pentru a fi adăugate in culturi celulare: măsurători prin DLS a evoluției diametrului mediu hidrodinamic in timp.
3. Studierea in-vitro a biocompatibilitatii, penetrării celulare, stresului oxidativ si a hipertermiei induse magnetic pe dispersii stabilizate a nanoparticulelor optimizate relativ la parametri magnetici si de fotoemisie
4. Diseminarea rezultatelor

Diseminarea rezultatelor

Rezultatele obtinuite in decursul acestei etape au fost prezentate la 2 Conferințe Internaționale, si au fost reunite in 3 Articole Stiințifice:
• Mihaela Balas, Florian Dumitrache, Madalina A. Badea, Claudiu Fleaca, Anca Badoi, Eugenia Vasile, Anca Dinischiotu. Coating dependent in vitro biocompatibility of new Fe-Si nanoparticles. Nanomaterials 2018, in revison.
• Ion Sandu, Marius Dumitru, Claudiu Teodor Fleaca, Florian Dumitrache Rise and side infiltration in opals and porous materials for their skin-free replica synthesis Photonics and Nanostructures, Fundamentals and Applications 2018 submited.
• D. Zdrentan, Calu Larisa, Mihali Ciprian Valentin, Tusa Iris Maria, Florian Dumitrache, Cotoraci Coralia Adina, Daniela Bratosin „Characterisation of human erytrocites as carriers for iron nanoparticles” Romanian Biotechnological Letters 2018 submited.
Conferințe Internaționale

The 10th Congress of Toxicology in Developing Countries and 12th Serbian Congress of Toxicology, Belgrad, Serbia, 18-21 aprilie 2018:
• Biological responses to hybrid Fe-Si nanoparticles in Caco2 cells. Book of Abstracts, p. 136. Mihaela Balas, Florian Dumitrache, Madalina Andreea Badea, Andreea Luminita Radulescu, Claudiu Fleaca, Claudiu Locovei, Eugenia Vasile, Anca Dinischiotu

EMRS Spring Meeting Strasbourg Franta 18-22 iunie 2018 Simpozionul X “Photon-assisted synthesis and processing of materials in micro-nanoscale”:

• Cod X PII.12 “Soft nanocomposites: Hydrogel matrix containing iron based nanoparticles synthesized by laser pyrolysis : magnetic and hyperthermic properties”, autori C. Fleaca, F. Dumitrache, C. Locovei, A.-M. Banici, A. Badoi, A. Ilie, S. Banita, E. Vasile, L. Vekas
• Cod X PII26 “Magnetic, luminescent and biocompatible tests on as synthesized or thermal treated Fe-Si hybrid nanoparticles prepared by laser pyrolysis”, autori F. Dumitrache, C. Fleaca, M. Balas, I. Morjan, A. Ilie, A. Dinischiotu, E. Tanasa, M. Enculescu, C. Locovei, C. Mihailescu, O. Marinica