Частица с размерами от 1 × 10−7 до 1 × 10−4 м .
Примечание 1 : Нижний предел между микро- и наноразмерами все еще является предметом дискуссий.
Примечание 2 : Чтобы соответствовать префиксу «микро» и диапазону, установленному определением,
размеры микрочастиц следует выражать в мкм. [1]
Микрочастицы — это частицы размером от 0,1 до 100 мкм. Коммерчески доступные микрочастицы доступны в самых разных материалах, включая керамику , стекло , полимеры и металлы . [2] Микрочастицы, встречающиеся в повседневной жизни, включают пыльцу , песок, пыль, муку и сахарную пудру. Изучение микрочастиц называется микромеритикой , [3] хотя этот термин не очень распространен.
Микрочастицы имеют гораздо большее отношение поверхности к объему, чем в макромасштабе, и поэтому их поведение может быть совершенно иным. Например, металлические микрочастицы могут быть взрывоопасными на воздухе.
Микросферы представляют собой сферические микрочастицы [4] и используются там, где важна постоянная и предсказуемая площадь поверхности частиц.
В биологических системах микрочастица является синонимом микровезикулы , типа внеклеточной везикулы (ВВ).
Домашние тесты на беременность используют микрочастицы золота. Многие приложения также перечислены в статье о микросферах .
Недавнее исследование показало, что введенные отрицательно заряженные иммуномодифицирующие микрочастицы могут иметь терапевтическое применение при заболеваниях, вызванных или усиленных воспалительными моноцитами. [5]
Микрочастицы также могут использоваться во время минимально инвазивных процедур эмболизации, таких как эмболизация геморроидальных артерий . [6] [7]
Микросферы — это небольшие сферические частицы с диаметром в микрометровом диапазоне (обычно от 1 мкм до 1000 мкм (1 мм)). Микросферы иногда называют сферическими микрочастицами. В целом микросферы являются твердыми или полыми и не содержат внутри жидкости, в отличие от микрокапсул.
Микросферы могут быть изготовлены из различных природных и синтетических материалов . Стеклянные микросферы, полимерные микросферы, металлические микросферы и керамические микросферы имеются в продаже. [8] Твердые и полые микросферы сильно различаются по плотности и, следовательно, используются для различных целей. Полые микросферы обычно используются в качестве добавок для снижения плотности материала. Твердые микросферы имеют многочисленные возможности применения в зависимости от того, из какого материала они изготовлены и какого они размера.
Наиболее распространенными типами полимерных микросфер являются полиэтилен , полистирол и вспенивающиеся микросферы.
Микрочастица сферической формы без мембраны или какого-либо отчетливого внешнего слоя.
Примечание : Отсутствие внешнего слоя, образующего отдельную фазу, важно для различения
микросфер и микрокапсул, поскольку это приводит к явлениям диффузии первого порядка,
тогда как в случае микрокапсул диффузия имеет нулевой порядок. [9]
Полистирольные микросферы обычно используются в биомедицинских приложениях из-за их способности облегчать такие процедуры, как сортировка клеток и иммунопреципитация. Белки и лиганды адсорбируются на полистироле легко и надолго, что делает полистирольные микросферы подходящими для медицинских исследований и биологических лабораторных экспериментов.
Полиэтиленовые микросферы обычно используются в качестве постоянного или временного наполнителя. Более низкая температура плавления позволяет полиэтиленовым микросферам создавать пористые структуры в керамике и других материалах. Высокая сферичность полиэтиленовых микросфер, а также наличие цветных и флуоресцентных микросфер делает их весьма востребованными для визуализации потока и анализа потока жидкости , методов микроскопии, медицинских наук, устранения неполадок в процессах и многочисленных исследовательских приложений. Заряженные полиэтиленовые микросферы также используются в цифровых дисплеях на основе электронной бумаги. [10] [11]
Расширяемые микросферы — это полимерные микросферы, которые используются в качестве вспенивающего агента, например, в чернилах для пуфф-инков, покрытиях днища автомобилей и литье термопластиков под давлением. Их также можно использовать в качестве легкого наполнителя, например, в искусственном мраморе, красках на водной основе и заполнителях трещин/шовных составах. Расширяемые полимерные микросферы могут расширяться более чем в 50 раз от своего первоначального размера при воздействии на них тепла. Внешняя стенка каждой сферы представляет собой термопластичную оболочку, которая инкапсулирует углеводород с низкой температурой кипения. При нагревании эта внешняя оболочка размягчается и расширяется, поскольку углеводород оказывает давление на внутреннюю стенку оболочки.
Стеклянные микросферы в основном используются в качестве наполнителя и усилителя объема для снижения веса, светоотражателя для обеспечения безопасности на автомагистралях, добавки для косметики и клеев, а также в ограниченных количествах применяются в медицинских технологиях.
Микросферы, изготовленные из высокопрозрачного стекла, могут выступать в качестве высококачественных оптических микрорезонаторов или оптических микрорезонаторов.
Керамические микросферы используются в основном в качестве измельчающих тел.
Полые микросферы, содержащие лекарственное средство во внешней полимерной оболочке, были получены с помощью нового метода диффузии эмульсионного растворителя и технологии распылительной сушки.
Микросферы сильно различаются по качеству, сферичности, однородности, размеру частиц и распределению размеров частиц. Для каждого уникального применения необходимо выбирать подходящую микросферу.
Новые применения микросфер обнаруживаются каждый день. Ниже приведены лишь некоторые из них:
Некоторые называют микросферы или белковые протоклетки небольшими сферическими единицами, которые, по мнению некоторых ученых, являются ключевым этапом в зарождении жизни .
В 1953 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри продемонстрировали , что многие простые биомолекулы могут быть образованы спонтанно из неорганических соединений- предшественников в лабораторных условиях, разработанных для имитации условий, обнаруженных на Земле до возникновения жизни. Особый интерес представлял значительный выход полученных аминокислот , поскольку аминокислоты являются строительными блоками для белков .
В 1957 году Сидни Фокс продемонстрировал, что сухие смеси аминокислот можно заставить полимеризоваться при воздействии умеренного тепла. Когда полученные полипептиды , или протеиноиды , растворяли в горячей воде и раствору давали остыть, они образовывали небольшие сферические оболочки диаметром около 2 мкм — микросферы. При соответствующих условиях микросферы будут отпочковывать новые сферы на своих поверхностях.
Хотя по внешнему виду они примерно клеточные , сами по себе микросферы не являются живыми. Хотя они и размножаются бесполым путем путем почкования, они не передают никакой тип генетического материала. Однако они могли сыграть важную роль в развитии жизни, обеспечивая заключенный в мембрану объем, который похож на объем клетки. Микросферы, как и клетки, могут расти и содержать двойную мембрану, которая подвергается диффузии материалов и осмосу . Сидни Фокс предположил, что по мере того, как эти микросферы становятся более сложными, они будут выполнять более жизненные функции. Они станут гетеротрофами, организмами, способными поглощать питательные вещества из окружающей среды для получения энергии и роста. По мере того, как количество питательных веществ в окружающей среде уменьшалось в этот период, конкуренция за эти драгоценные ресурсы возрастала. Гетеротрофы с более сложными биохимическими реакциями имели бы преимущество в этой конкуренции. Со временем эволюционировали бы организмы, которые использовали фотосинтез для производства энергии.
Одним из полезных открытий, сделанных в ходе исследования микросфер, является способ борьбы с раком на молекулярном уровне. По данным Wake Oncologists, микросферы SIR-Spheres представляют собой радиоактивные полимерные сферы, которые испускают бета-излучение . Врачи вводят катетер через пах в печеночную артерию и доставляют миллионы микросфер непосредственно к месту опухоли. Микросферы SIR-Spheres нацелены на опухоли печени и щадят здоровую ткань печени. Технология раковых микросфер является последней тенденцией в терапии рака [ необходима ссылка ] . Она помогает фармацевту разрабатывать продукт с максимальной терапевтической ценностью и минимальным или незначительным диапазоном побочных эффектов. Основным недостатком противораковых препаратов является их недостаточная селективность только к опухолевой ткани, что вызывает серьезные побочные эффекты и приводит к низким показателям излечения. Таким образом, очень сложно воздействовать на аномальные клетки с помощью обычного метода системы доставки лекарств. Технология микросфер, вероятно, является единственным методом, который может быть использован для локально-специфического воздействия (сильно преувеличено), не вызывая существенных побочных эффектов на нормальные клетки. [14]
Микрочастицы могут высвобождаться в виде внеклеточных микровезикул из эритроцитов , лейкоцитов , тромбоцитов или эндотелиальных клеток . Считается, что эти биологические микрочастицы высвобождаются из плазматической мембраны клетки в виде связанных с липидным бислоем образований, которые обычно имеют диаметр более 100 нм. «Микрочастица» чаще всего использовалась в этом смысле в литературе по гемостазу , обычно как термин для тромбоцитарных ВВ, обнаруженных в кровообращении . Поскольку ВВ сохраняют характерный состав мембранного белка родительской клетки, МП и другие ВВ могут нести полезную информацию, включая биомаркеры заболеваний. Их можно обнаружить и охарактеризовать такими методами, как проточная цитометрия , [15] или динамическое рассеяние света .