Ученые создали нетоксичный материал с ионами металлов (иттербия, тербия и европия), который преобразует инфракрасный свет в видимый — в том числе в диапазоне, ранее недоступном для подобных соединений. Это открытие пригодится в биомедицине: с его помощью можно в реальном времени наблюдать за процессами внутри организма — например, отслеживать перемещение лекарств к опухоли, определять границы новообразований и оценивать работу органов.
Сейчас для диагностики используют светящиеся наночастицы, которые тоже преобразуют инфракрасный свет (примерно 980 нм) в видимое свечение. Его фиксируют специальные детекторы. Но у существующих материалов есть недостатки: они сложно синтезируются, разрушаются при длительном освещении и не позволяют заглянуть достаточно глубоко в ткани без их повреждения. Новый материал поможет преодолеть эти ограничения. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
Химики из Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН (Новосибирск) с коллегами синтезировали материал, который испускает яркое свечение в видимом диапазоне в ответ на глубоко проникающее в организм инфракрасное излучение с длиной волны 1960 нанометров.
Ученые создали новое соединение на основе металл‑органического каркаса — конструкции из ионов металлов и органических молекул. В каркас включили ионы иттербия, тербия и европия. Иттербий работал как «антенна»: улавливал инфракрасный свет и передавал энергию ионам тербия, которые давали яркое зеленое свечение. Часть энергии при этом переходила к европию — он светился красным, благодаря чему спектр излучения расширился.
Материал протестировали на рыбах данио‑рерио: микрочастицы ввели в желудок и убедились, что соединение нетоксично. Частицы светились при воздействии инфракрасного излучения двух диапазонов: стандартного (980 нм) и более глубокого проникновения (1960 нм). Второй диапазон раньше был недоступен для подобных материалов — его можно использовать для расширенной медицинской диагностики, поскольку он проникает в ткани на большую глубину.
Нам удалось преодолеть сразу несколько ограничений материалов-аналогов. Во-первых, новое соединение более стабильно и выдерживает интенсивное облучение без потери яркости. Во-вторых, сочетание трех металлов — иттербия, тербия и европия — позволяет гибко настраивать цвет свечения, просто меняя их соотношение. И, наконец, полученные материалы могут эффективно работать при облучении светом с длиной волны 1960 нанометров, что расширяет их возможности к применению в медицинской диагностике. В дальнейшем мы планируем оптимизировать структуру и методы синтеза каркасов, чтобы увеличить яркость излучения и снизить себестоимость материалов.
В исследовании принимали участие сотрудники Университета ИТМО (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета (Санкт-Петербург), Национального научного центра морской биологии имени А.В. Жирмунского ДВО РАН (Владивосток), Даляньского политехнического университета (Китай), Шанхайского университета (Китай) и Университета «Новый Узбекистан» (Узбекистан).
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в Томске нашли эффективный способ стимуляции нейронов без операции.
