Вести из лабораторий и экспедиций
Пористый кремний и золото: рецепт наночастиц для биомедицины
Кремниевые наночастицы биосовместимы, поэтому они представляют интерес для медицинских применений. Производить их можно как химическими методами, так и физическими. При синтезе химическими методами наночастицы могут быть загрязнены остаточными продуктами реакций, в том числе токсичными, от которых надо избавляться. Физические методы, например метод лазерной абляции кремния в жидкости, дают возможность получать наночастицы высокой чистоты, что важно для хорошей биосовместимости. Суть метода состоит в выбивании вещества с поверхности металлической мишени лазерным лучом. Вещество поверхностного слоя металла испаряется или сублимируется в жидкой среде в виде свободных молекул, атомов и ионов, которые затем агломерируют с образованием наночастиц.
Наночастицы из кремния могут выступать в качестве агентов для фотогипертермии при лечении опухолей. Наночастицы помещают в область, где расположена злокачест-венная опухоль, и облучают светом в окне прозрачности биологической ткани (ближний ИК-диапазон). Поглощая инфракрасное излучение, наночастицы нагреваются сами и нагревают окружающие ткани. При температуре выше 42°С опухоль разрушается, в то время как здоровая ткань без наночастиц остаётся целой. Однако кремний недостаточно хорошо нагревается в ближнем ИК-диапазоне из-за слабого поглощения излучения. Увеличить эффективность нагрева можно либо повысив концентрацию наночастиц, что плохо для биосовместимости и биодеградируемости, либо модифицировав их благородными металлами, например золотом, — тогда за счёт плазмонного поглощения нагрев будет больше.
Сотрудники кафедры общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ совместно с коллегами из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН усовершенствовали метод создания кремниевых наночастиц, декорированных более мелкими золотыми частицами. Пластины кристаллического кремния и плёнки пористого кремния помещали в изопропиловый спирт, куда добавляли золотохлористоводородную кислоту. В результате в процессе абляции возникали нанокомпозиты со структурой типа «ядро-спутник»: кремниевое ядро размером несколько сотен нанометров, декорированное золотыми кластерами с характерными размерами, не превышающими нескольких десятков нанометров.
В ходе экспериментов выяснилось, что использование для абляции пористого кремния улучшает распределение нанокомпозитов по размерам: в случае монокристаллического кремния средний размер частиц получался 600 нм с широким распределением по размерам, а в случае пористого кремния он составил 200 нм, и распределение по размерам стало существенно уже. Частицы с меньшим размером обладают двумя преимуществами. Во-первых, их легче внедрять в живые организмы. Во-вторых, расчёт плазмонного поглощения для ближнего ИК-диапазона (длины волн вблизи 800 нм) показывает, что для наночастиц со средним размером 210 нм реализуются оптимальные условия для нагрева. При этом декорирование золотом обеспечивает дополнительное увеличение эффективности нагрева в три раза по сравнению с использованием частиц без декорирования.
Исследователи считают, что предложенный метод открывает путь к массовому производству гибридных наночастиц на основе кремния не только для биомедицинских, но и для фотонных, оптоэлектронных и сенсорных применений.
Результаты работы опубликованы в журнале «Q1 ACS Applied Nano Materials».
Татьяна Зимина. По информации пресс-службы МГУ им. М . В . Ломоносова.
Сколько органического углерода на арктическом шельфе?
В климатической системе Земли важную роль играет органическое вещество, поскольку это один из основных источников парниковых газов. Поэтому, если знать баланс его поступления с континентов в моря и океаны и объёмы захоронения, можно строить прогнозные модели климатических изменений.
Нынешнее глобальное потепление сильнее всего отражается на природной среде Арктики. Здесь темпы роста среднегодовой температуры в три раза превышают таковые в других регионах мира. Происходит деградация вечной мерзлоты, высвобождается органиче-ское вещество, хранившееся в ледовом плену со времён последнего оледенения. Подобное интенсивное высвобождение органического вещества и вовлечение его в биологические циклы способно не только кардинально изменять протекание биологических процессов, но и вызывать закисление океана и, как следствие, увеличивать поток углекислого газа в атмосферу Земли.