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.
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.