17 January 2023, 21:00

Тонкий слой кремнезема позволил золотым наночастицам «сиять» ярче

Ученые БФУ выяснили, что наночастицы золота, покрытые тонким слоем кремнезема, лучше рассеивают свет, чем те, что имеют плотную «шубу». Такие частицы используются в качестве системы адресной доставки лекарств, а сильное рассеяние света позволит отслеживать их перемещение по организму с помощью специальных приборов.

Тонкий слой кремнезема позволил золотым наночастицам «сиять» ярче
Модели рассеяния света наночастицами золота: (а) без оболочки, (b) покрытых слоем кремнезема толщиной 3 нм, и (с) пустыми капсулами из кремнезема

В современной медицине активно развивается адресная доставка лекарств. Этот подход заключается в том, что препарат транспортируется с помощью специальных носителей строго в определенное место, например к опухоли. Это позволяет избежать повреждения и гибели здоровых клеток и тканей.

Одна из возможных систем доставки лекарств представляет собой наночастицы золота, к которым присоединяют молекулы лекарства. Такую конструкцию покрывают специальной оболочкой, защищающей лекарство от слишком раннего высвобождения. Кроме того, к ней крепятся антитела — белковые молекулы, нацеливающие частицы в нужное место.

В качестве материала для создания оболочки таких частиц используется кремнезем — соединение, которое по химическому составу идентично обычному песку. Эти покрытия оказываются крайне удобны потому, что они стабильны и безопасны для человека, а еще их толщину можно легко и очень точно контролировать. До сих пор ученых, в основном, интересовало, какие размер и форму должны иметь наночастицы на основе золота, чтобы наиболее эффективно доставлять лекарства, однако оптическим свойствам таких конструкций уделялось гораздо меньше внимания. При этом, если частицы способны хорошо рассеивать падающий на них свет определенного диапазона, их можно отслеживать с помощью специальных приборов, а значит, и контролировать доставку лекарств. Способность рассеивать свет во многом зависит от напряженности электрического поля вокруг частиц, поэтому по его значению можно понять, какие частицы будут лучше всего «светиться».

Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) математически смоделировали значения электрического поля, которое создается тремя типами структур — наночастицами золота без оболочки, частицами, покрытыми слоем кремнезема, а также пустой кремнеземной капсулой. При этом авторы исследовали оболочки разной толщины — от двух до двадцати нанометров (величины, не превышающие размер самых мелких вирусных частиц).

Оказалось, что наибольшая напряженность электрического поля возникала вокруг частиц, покрытых слоем кремнезема толщиной 20 нм. Напряженность вокруг них более чем в 2,5 раза превышала значения, характерные для свободных наночастиц золота. Это привело к тому, что плотно «одетые» частицы хуже рассеивали свет. Тонкая оболочка — порядка 2-5 нм — наоборот, усиливала рассеяние, благодаря чему частицы легче выявлялись при их освещении лазером.

«Наше исследование показало, что эффект кремниевой оболочки неоднозначен: если она тонкая, то увеличивает рассеяние света частицами, если толстая — мешает ему. Это позволило определить, что в первом случае частицы легче отследить, а потому они более перспективны в качестве системы доставки лекарств. В дальнейшем мы планируем изучить другие физические свойства наночастиц золота, покрытых слоями из кремнезема разной толщины», — рассказывает Андрей Зюбин, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией математического моделирования оптических свойств наноматериалов БФУ имени Иммануила Канта.

Source:  Пресс-служба БФУ

News article publications

Read also

Новый кристалл проявил свойства двумерных и слоистых материалов
Оптические свойства могут сделать его перспективным материалом для диэлектрической нанофотоники
Materials Science
Nanophotonics
Nanotechnology
New techniques
Optics
3 February 2023
Легирование перовскитов позволило им излучать свет с разными длинами волн
Весь процесс происходил в растворе при комнатной температуре, а для точной настройки длины волны излучаемого света необходимо было лишь менять соотношение добавляемых прекурсоров — источников ионов иттербия и марганца
Materials Science
Nanophotonics
Nanotechnology
7 June 2023
Кремний-золотой наноматериал станет основой защиты от контрафакта
Он поглощает свет и преобразует его в тепло; поскольку сформированные из наночастиц пленки имеют неповторимый узор, ими можно маркировать товары для их защиты от подделки
Materials Science
Nanotechnology
Optics
6 February 2023
Физики изготовили «новый черный» поглотитель света для солнечных элементов следующего поколения
Он демонстрирует отличные антиотражающие и светопоглощающие свойства (до 96% падающего света) в широком спектральном диапазоне, что важно для создания солнечных элементов и инфракрасных фотодетекторов нового поколения с повышенной энергоэффективностью
Materials Science
Nanotechnology
Optics
27 July 2022
Синтезированы светящиеся нанометки, перспективные для диагностики рака
Также они сохраняют свои оптические свойства на всем диапазоне рН и даже при многочасовом облучении ультрафиолетом
Biosensorics
Nanomedicine
Nanophotonics
Nanotechnology
Theranostics
17 May 2022
Тульские ученые создали глюкометр нового поколения на основе нанокомпозита из красителей
Получившийся датчик глюкозы чувствителен, селективен и недорог, а потому может стать достойной заменой импортных тест-полосок
Composites
Materials Science
Nanomedicine
Nanotechnology
Sensors
14 May 2022