Созданы частицы с квантовыми точками для многоразового применения в биомедицине

Новые светящиеся микрочастицы, состоящие из полимеров и содержащие нанокристаллы на основе серебра, индия и серы, создали ученые из Санкт-Петербурга.

Эти частицы более стойкие к лазерному излучению и менее токсичные, чем обычные органические красители. Их можно использовать для визуализации внутри сосудов, определения кровотока, а также в качестве носителей лекарств и ферментов.

Такие микрочастицы полезны для создания биосенсоров и оптики. В биомедицине они позволяют отслеживать эффективность адресной доставки лекарств и выявлять опухоли, отслеживая свечение белков-антигенов около раковых клеток.

Более яркой флуоресценции можно добиться, если использовать вместо органических красителей квантовые точки — мельчайшие кристаллы, которые проводят ток под воздействием света или температуры. Они состоят из кремния, кадмия, селена и других полупроводников. При облучении квантовых точек ультрафиолетом электроны в них возбуждаются и высвобождают энергию в виде фотонов, создавая явление флуоресценции.

Исследователи из Университета ИТМО, Академического университета имени Ж. И. Алферова РАН и Института аналитического приборостроения РАН предложили новый метод получения люминесцентных микрочастиц с квантовыми точками. Он основан на формировании изолированных капель вещества в потоке жидкости.

Ученые создали в лаборатории систему каналов, которая работает с небольшими объемами жидкостей и позволяет ими манипулировать. С помощью этого устройства можно сразу получить полимерные микросферы с квантовыми точками внутри.

Размеры сфер — от 55 до 95 микрометров. Чтобы квантовые точки светились, их возбуждали лазером. Интенсивность и время затухания флуоресценции регистрировали с помощью лазерного сканирующего микроскопа.

Исследователи создали новый метод, который позволяет получать ярко светящиеся микрочастицы. Они устойчивы к высокой мощности лазерного излучения. Это значит, что частицы можно возбуждать много раз и проводить длительные эксперименты без потери светимости.

Ученые также отметили, что время свечения квантовых точек в полимерных микросферах сократилось до 3,5 наносекунд. Для сравнения: в тонкой полимерной пленке они светились 68 наносекунд, а в воде — 91 наносекунду.

Новые микрочастицы быстро перестают светиться после прекращения возбуждения, но при этом не выцветают. Их можно активировать повторно. С помощью нового метода можно создавать частицы любого диаметра в микронном диапазоне. Это позволяет исследователям получать необходимые энергию и цвет излучения.

Более быстрое затухание свечения микросфер повышает точность отслеживания процессов в организме.

Предложенный подход к созданию микрочастиц может широко использоваться в биомедицине. 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 для определения кровотока, внутрисосудистой визуализации, доставки лекарств и ферментов, калибровки приборов и других целей, — рассказал участник проекта Антон Старовойтов, доцент и старший научный сотрудник лаборатории «Фотофизика поверхности» Международного научно-образовательного центра физики наноструктур Университета ИТМО.

Ученые исследуют полученные микрочастицы. Они вводят их в организм лабораторных животных и вызывают свечение квантовых точек с помощью лазера или светодиодов определенной длины волны. Перед тестированием разработки на людях нужно убедиться, что полимерные микрочастицы с квантовыми точками малотоксичны.

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Omega.

28.10.2024