Визуализацию тканей можно сделать менее токсичной

Ученые создали светящиеся полимерные микрочастицы, содержащие нанокристаллы на основе серебра, индия и серы. Полученные микрочастицы дольше не выцветают под воздействием лазерного излучения и менее токсичны, чем традиционные органические красители. Это позволит использовать их для внутрисосудистой визуализации, определения кровотока, в качестве носителей лекарств и ферментов. Исследование поддержано грантом президентской программы Российского научного фонда.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Микрочастицы, способные испускать свет после поглощения электромагнитного излучения, то есть флуоресцировать, применяются для разработки биосенсоров и оптики. Так, в биомедицине, наблюдая за их свечением, можно в реальном времени отслеживать эффективность адресной доставки лекарств, а также выявлять опухоли, отслеживая свечение скоплений белков-антигенов около раковых клеток. Обычно такие микрочастицы состоят из органических красителей и полимеров. Однако гораздо более яркой флуоресценции можно добиться, если использовать вместо органических красителей квантовые точки — мельчайшие кристаллы материалов, проводящих ток под воздействием света или температуры. К ним относятся, например, кристаллы кремния, кадмия, селена и других полупроводников. Если на квантовые точки направить ультрафиолетовое излучение, электроны в них возбуждаются до состояния с более высокой энергией, которую впоследствии высвобождают в виде фотонов, тем самым и создавая явление флуоресценции.

Ученые из Университета ИТМО (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского национального исследовательского Академического университета имени Ж. И. Алферова РАН (Санкт-Петербург) и Института аналитического приборостроения РАН (Санкт-Петербург) предложили метод получения люминесцентных малотоксичных полимерных микрочастиц с квантовыми точками, который основан на формировании изолированных капель вещества в потоке микроскопических объемов жидкости.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Авторы самостоятельно изготовили в лаборатории систему пересекающихся каналов, которая работает с малыми объемами жидкостей и позволяет ими манипулировать. Это устройство позволяет получить в один этап полимерные микросферы с квантовыми точками — нанокристаллами на основе серебра, индия и серы — внутри. При этом размеры сфер, которые формируются таким способом, варьируются от 55 до 95 микрометров, что сопоставимо с толщиной человеческого волоса. Для того чтобы квантовые точки в микрочастицах светились, их возбуждали с помощью лазера. Далее ученые регистрировали интенсивность и время затухания флуоресценции с помощью лазерного сканирующего микроскопа.

Новый подход позволил получить ярко светящиеся микрочастицы, устойчивые к высокой мощности лазерного излучения. Это свойство позволит многократно возбуждать частицы и проводить более длительные эксперименты без ухудшения их светимости. Ученые также обратили внимание на значительное сокращение — до 3,5 наносекунды — времени свечения квантовых точек в полимерных микросферах в ответ на возбуждающее излучение. Для сравнения, квантовые точки в тонкой полимерной пленке светились 68 наносекунд, а в воде — 91 наносекунду. Более быстрое затухание свечения микросфер позволит повысить точность отслеживания процессов в организме: чем меньше времени квантовая точка проводит в возбужденном состоянии, тем меньше она взаимодействует с окружающей средой. Таким образом, ученые получили микрочастицы, которые быстро затухают после прекращения возбуждения, но не выцветают, и их можно многократно возбуждать повторно. Кроме того, при помощи нового метода можно формировать частицы практически любого диаметра в микронном диапазоне, тем самым обеспечивая необходимые исследователю энергию и цвет излучения.

«Предложенный подход создания микрочастиц может найти широкое применение в биомедицинских приложениях. Обычно квантовые точки изготавливают из токсичных тяжелых металлов и растворяют в агрессивных средах, мы же использовали малотоксичные квантовые точки. Это позволит использовать наши микросферы с квантовыми точками в качестве инструментов для определения кровотока, внутрисосудистой визуализации, в качестве носителей лекарств и ферментов, для калибровки приборов и т. д.»,— рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Антон Старовойтов, доцент, старший научный сотрудник лаборатории «Фотофизика поверхности» Международного научно-образовательного центра физики наноструктур Университета ИТМО.

Авторы продолжают исследовать полученные микрочастицы, вводя их в организм лабораторных животных и вызывая свечение квантовых точек лазером или светодиодами определенной длины волны. Прежде чем тестировать разработку на людях, исследователи хотят экспериментально убедиться в малой токсичности полимерных микрочастиц с квантовыми точками.

Подготовлено при поддержке РНФ
Использованы материалы статьи.