Engineering Stöber Silica Nanoparticles: Insights into the Growth Mechanism and Development of Silica-Based Nanostructures for Multimodal Imaging

Abstract

Aprofitant l’experiència del grup Inorganic Nanoparticles (ING) de l’ICN2, que té com a gran expertesa en la producció de nanopartícules col·loïdals altament monodisperses, aquesta tesi té com a objectiu fabricar una nanoestructura híbrida complexa inorgànica-orgànica utilitzant sílice com a material de suport, aplicant mètodes sintètics de química en líquid, per al desenvolupament d’un agent de contrast multifuncional amb propietats adequades per aplicar-lo en imatge mèdica. Per això s’han abordat tres objectius principals: en primer lloc, l’estudi del mecanisme de nucleació i creixement de les NPs de SiO2 per controlar amb precisió la mida de les partícules. En segon lloc, una modificació sistemàtica de la superfície i el nucli de les nanopartícules de sílice, per tal de preparar nanopartícules a base de sílice amb propietats òptiques funcionals i, en tercer lloc, explotar la funcionalitat dels híbrids de sílice preparats per al desenvolupament duna nanoestructura complexa multicapa híbrida amb capacitats dimatge multimodal.

Aprovechando la experiencia del grupo Inorganic Nanoparticles (ING) del ICN2, que tiene como gran experticia en la producción de nanopartículas coloidales altamente monodispersas, esta tesis tiene como objetivo fabricar una nanoestructura híbrida compleja inorgánica-orgánica utilizando sílice como material de soporte, aplicando métodos sintéticos de química en líquido, para el desarrollo de un agente de contraste multifuncional con propiedades adecuadas para su aplicación en imagen médica. Para ello se han abordado tres objetivos principales: en primer lugar, el estudio del mecanismo de nucleación y crecimiento de las NPs de SiO2 para controlar con precisión el tamaño de las partículas. En segundo lugar, una modificación sistemática de la superficie y el núcleo de las nanopartículas de sílice, con el fin de preparar nanopartículas a base de sílice con propiedades ópticas funcionales y, en tercer lugar, explotar la funcionalidad de los híbridos de sílice preparados para el desarrollo de una nanoestructura compleja multicapa híbrida con capacidades de imagen multimodal.

In this regard, taking advantage of the expertise in the group on the production of highly monodisperse colloidal nanoparticles, this thesis aims to fabricate an inorganic-organic complex hybrid nanostructure using silica as supporting material, by applying wet chemistry synthetic methods, for the development of a multifunctional contrast agent with adequate properties for their application in medical imaging. For that purpose, three main objectives have been addressed: first, the study of the mechanism of nucleation and growth of the SiO2 NPs in order to precisely control the size of the particles. Second, a systematically surface and core modification of the silica nanoparticles, in order to prepare silica-based nanoparticles with functional optical properties and third, exploiting the functionality of the prepared silica hybrids for the development of a hybrid multilayer complex nanostructure with multimodal imaging capabilities