Ученые МГУ создали наночастицы кремния с кластерами золота для лечения рака
Метод создания наночастиц кремния, декорированных более мелкими частицами золота, усовершенствовали ученые МГУ совместно с коллегами из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, 26 августа сообщает пресс-служба университета.
Кремниевые наночастицы используются для диагностики и лечения заболеваний некоторыми биомедицинскими технологиями, в том числе фотогипертермией. В этом случае наночастицы помещают в область расположения злокачественной опухоли и облучают светом в окне прозрачности биоткани (ближний ИК-диапазон).
За счет более сильного поглощения света такими наночастицами опухоль нагревается сильнее здоровой ткани без наночастиц. Раковые клетки разрушаются при их нагреве выше 42 °С, а здоровая ткань остается невредимой.
Доцент кафедры общей физики и молекулярной электроники физфака МГУ Станислав Заботнов пояснил:
«Кремниевые наночастицы хороши тем, что они биосовместимы и мы можем управлять их размерами, но при этом кремний плохо нагревается в ближнем ИК-диапазоне из-за слабого поглощения падающего излучения. Чтобы повысить эффективность нагрева, нужно либо увеличивать концентрацию наночастиц, что плохо для биосовместимости и биодеградируемости, либо модифицировать частицы какими-то поглощающими веществами, слаботоксичными для живых организмов».
Такими частицами могут стать наночастицы биосовместимых благородных металлов, у которых за счет плазмонного поглощения нагрев будет сильнее. Команда ученых решила создать и исследовать возможность применения для таких целей кремний-золотых частиц.
Для медицинских целей необходима хорошая биосовместимость наночастиц. Она достигается отсутствием в них токсичных примесей, которыми могут быть остаточные продукты химических реакций получения наночастиц. Чтобы добиться необходимой чистоты состава, исследователи применили метод лазерной абляции (выбивания частиц) кремния в жидкости, что позволяет минимизировать количество нежелательных примесей.
Они поместили пластины кристаллического и пленки пористого кремния в изопропиловый спирт, добавив туда золотохлористоводородную кислоту. В процессе абляции кремния это приводило к покрытию образующихся наночастиц золотыми включениями.
Таким образом им удалось получить нанокомпозиты со структурой типа «ядро-спутник» с кремниевым ядром размером несколько сотен нанометров, декорированным кластерами золота с размерами не более нескольких десятков нанометров.
Причем в случае монокристаллического кремния при абляции кремния средний размер частиц составлял 600 нанометров с большим разбросом по размерам. Тогда как абляция пористого кремния показала улучшение распределение нанокомпозитов по размерам и позволила получить частицы со средним размером 200 нанометров.
Более мелкие наночастицы легче внедрять в живые организмы. Плюс, как показал расчет плазмонного поглощения для ближнего ИК-диапазона (длины волн вблизи 800 нанометров), для наночастиц со средним размером 210 нанометров реализуются оптимальные условия лазерного нагрева. А декорирование их золотом в 3 раза увеличивает эффективность нагрева по сравнению с использованием частиц без такого декорирования.
«Таким образом, мы показали, — резюмировал аспирант кафедры общей физики и молекулярной электроники физфака МГУ Вячеслав Нестеров, — потенциальную возможность улучшить свойства кремниевых наночастиц при использовании нашего метода производства. В дальнейших планах использовать получившиеся нанокомпозиты для лечения раковых опухолей с помощью фотогипертермии».
Результаты работы исследователи представили в статье «Нанокомпозиты Au-Si с высокой эффективностью преобразования света в тепло в ближнем ИК-диапазоне за счет одноступенчатой реактивной лазерной абляции пористого кремния для тераностических применений», опубликованной в журнале Q1 ACS Applied Nano Materials.
