Все, что вы хотели знать об ИИ, — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
13.09.2021
СПбГУ
1
615

Новые люминесцентные наночастицы помогут проводить медицинские исследования с контрастом

4.4

Исследователи СПбГУ, Университета LAT (Финляндия) и Университета «Сириус» синтезировали новые люминесцентные наночастицы на основе фторидов редкоземельных металлов иттрия и европия с добавлением ионов гадолиния. Потенциально их можно использовать в лазерной микроскопии, а также для диагностики различных заболеваний с применением контраста.

Причина усиления интенсивности люминесценции — возникновение дефектов в структуре при замещении ионов иттрия на более крупные ионы гадолиния / ©Пресс-служба СПбГУ

Статья с описанием полученного люминофора была опубликована в химическом научном журнале The New Journal of Chemistry, издаваемом Королевским химическим обществом, — результатам исследования посвящена и обложка журнала.

Люминофорами называют вещества, способные излучать свет под действием ультрафиолета, электромагнитного поля или другого возмущения. Сегодня эти вещества используются в лампах и светодиодах (например, в электроприборах, которыми мы пользуемся ежедневно), системах эвакуации и пожарной безопасности, а также для создания красок и пигментов, защиты ценных бумаг и проведения медицинских исследований. Так, полученное вещество позволит одновременно проводить магнитно-резонансную томографию и люминесцентную микроскопию, что ускоряет диагностику.

Среди различных люминесцентных материалов внимание исследователей в последнее время привлекают нанокристаллические неорганические люминофоры на основе соединений редкоземельных элементов. Чаще всего для этого используют соединение NaYF4, поскольку сам материал практически не уменьшает свечение внедренных ионов.

Исследователи СПбГУ заместили ионы иттрия (Y) ионами европия (Eu) и гадолиния (Gd) и изучили, как это влияет на размер наночастиц, а также люминесцентные свойства вещества. По итогам испытаний оптимальная концентрация европия в соединении — 30 процентов, именно такое количество вещества позволяет достичь максимальной яркости свечения. Однако интенсивность люминесценции можно увеличить: для этого нужно дополнительно заместить небольшое количество ионов иттрия на гадолиний, оставив концентрацию европия прежней. Несмотря на то, что ионы гадолиния практически не люминесцируют, они значительно увеличивают яркость свечения получаемого вещества.

Чтобы этого добиться, специалисты проводят синтез таких частиц, содержащих ионы иттрия, европия и гадолиния, в автоклаве — химическом реакторе, который позволяет нагревать вещества под давлением выше атмосферного. К водным растворам хлоридов иттрия, европия и гадолиния химики постепенно добавляют лимонную кислоту, гидроксид натрия и смесь фторид аммония и гидроксида натрия. Затем полученный раствор выдерживается в автоклаве сутки при температуре 180 градусов Цельсия. Такой способ позволяет получить конечное вещество с улучшенными люминесцентными свойствами.

«Мы выяснили, что добавка всего одного процента гадолиния увеличивает интенсивность люминесценции в 2,5 раза. У лантаноидов, к которым относятся три использованных редкоземельных материала, понижение симметрии приводит к увеличению люминесцентных свойств.

По-видимому, замещение ионов иттрия более крупными ионами гадолиния вызывает структурные дефекты, которые и понижают симметрию, а значит, увеличивают интенсивность люминесценции, поэтому вещество светится ярче», — рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ Андрей Мерещенко.

Во время исследования химики СПбГУ также обнаружили, что замещение ионов иттрия гадолинием и европием приводит к уменьшению размера синтезируемых частиц, что упрощает дальнейшее использование вещества в медицинских целях. Представленные ниже фотографии показывают зависимость размера от содержания европия. Эти снимки были получены с помощью электронного микроскопа междисциплинарного ресурсного центра по направлению «Нанотехнологии» Научного парка СПбГУ.

Микрофотографии частиц NaYF4: Eu3+ с различным содержанием ионов европия, полученные с помощью электронной микроскопии / Пресс-служба СПбГУ

«Мы полагаем, что уменьшение размера частиц связано со скоростью роста кристаллов. Ионы гадолиния и европия имеют больший радиус, чем ионы иттрия. Поэтому поверхностная плотность положительного заряда у частиц, содержащих европий и гадолиний, ниже. По этой причине заряженные фторид-ионы слабее притягиваются к таким частицам, и они растут медленнее», — пояснил Андрей Мерещенко.

В фотобиологии и биомедицине наночастицы на основе NaYF4 с добавкой других редкоземельных ионов широко используются благодаря низкой токсичности материала и его способности проникать в ткани за счет маленького размера (единицы и десятки нанометров). Так, гадолиний с его магнитными свойствами уже сейчас применяется для создания контрастных веществ при проведении магнитно-резонансной томографии. А люминесцентные наночастицы, содержащие ионы европия, используются как маркеры различных заболеваний для исследования биологических тканей с помощью люминесцентной микроскопии.

Новый люминофор, созданный исследователями СПбГУ, дает возможность проводить сразу два вида диагностики — с помощью света и магнитного поля, что значительно увеличивает эффективность поиска заболеваний. «Необходимо модифицировать наши частицы, сделав их чувствительными к определенным вирусам или клеткам, и тогда проводить диагностику — например, искать в организме человека раковые клетки.

Можно взять образцы клеток или тканей и исследовать их с помощью люминесцентного микроскопа: европий подсветит те места, куда пришли “настроенные” на поиск раковой опухоли частицы. А использование МРТ позволит в живом организме выявить опухоль, поскольку в ней будут скапливаться наночастицы, содержащие магнитные ионы гадолиния. Получается, что введение одного функционального элемента дает возможность провести сразу два независимых исследования — это практическое применение нашего вещества», — уточнил Андрей Мерещенко.

В перспективе часть ионов в составе соединения можно заменить на радиоактивные и применять в лечении онкологических заболеваний. Помимо медицины эти материалы можно использовать при создании люминесцентных красок для защиты документов, денег и ценных бумаг, где требуется особенно яркое свечение. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Один из старейших, крупнейших и ведущих классических университетов и один из важнейших центров науки, образования и культуры в России.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 10:00
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

Вчера, 18:10
Мария Азарова

Международный коллектив ученых спрогнозировал наши ежедневные потребности в воде в зависимости от антропометрических, экономических и экологических факторов.

Позавчера, 09:40
Александр Березин

Также это повышает шансы на вовлечение волка в другие виды рискованной деятельности. Работа может иметь прикладное значение и для человеческих обществ, поскольку сходное влияние известно и для людей.

Вчера, 10:00
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

Вчера, 18:10
Мария Азарова

Международный коллектив ученых спрогнозировал наши ежедневные потребности в воде в зависимости от антропометрических, экономических и экологических факторов.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

1 ноября
Анна Новиковская

Когда мы представляем взаимодействие неандертальцев с нашими предками, первобытными людьми, то обычно думаем об агрессивных стычках и конкуренции на охоте. Однако теперь ученые выяснили, что два вида людей взаимодействовали на протяжении как минимум 200 тысяч лет — это слишком долгий срок для активных военных действий, но достаточный для постепенного «растворения» одного вида в другом.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

DELETED
09.11.2021
-
0
+
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: