​Российские ученые создали многофункциональное наноустройство из диэлектрических наночастиц на металлической подложке. С его помощью можно определять температуру и состояние окружающих молекул. Кроме того, эксперименты показали, что термоустойчивость белков можно повысить, меняя химический состав наночастиц.

Исследование взаимодействия полупроводниковых наночастиц со светом — одно из перспективных направлений фотоники сегодня. Такие частицы обладают очень маленьким размером и интересными оптическими свойствами, поэтому сфера их применения интенсивно расширяется. Например, их можно использовать в качестве нанорезонатора, позволяющего сфокусировать световой пучок. Недавно ученые Университета ИТМО обнаружили, что такие частицы, расположенные на металлической поверхности, могут выполнять сразу несколько полезных функций. Результаты их исследования опубликованы в Journal of Biophotonics (исследование поддержано грантами РНФ – прим. ред. сайта rscf.ru).

«Мы с коллегами решили найти потенциальные применения полупроводниковых наночастиц в биологии и медицине, — рассказывает научный сотрудник Университета ИТМО Валентин Миличко. — Такие наночастицы способны локализовать свет на наномасштабе, и одновременно измерять локальную температуру с точностью до десятых долей градуса в широком диапазоне до 1000 градусов по Цельсию. Эти два аспекта мы использовали в наших экспериментах с кремниевыми и германиевыми наночастицами размером 100−200 нанометров. Мы разместили наночастицы на золотой подложке и использовали данную наноструктуру, чтобы выяснить, как ведут себя белки в экстремальных условиях, а именно при нагреве интенсивным светом».

Чтобы получить информацию о температуре и состоянии белка или самой частицы, нужно воздействовать на эту структуру светом определенной длины волны и проанализировать спектр рассеянного света.

«Спектры рассеяния несут информацию о количестве, характере и конформации химических связей молекулы. По спектральному сдвигу мы можем понять, сохранил ли белок рабочую конформацию при данной температуре," - добавляет Валентин.

В ходе экспериментов выяснилось, что полученное наноустройство может влиять на термоустойчивость белков. Ученые обнаружили, что наночастицы определенного химического состава могут повысить устойчивость белка к температуре до 350 градусов по Цельсию. Такой результат показали наночастицы германия. Стабилизирующее действие наночастиц, наряду с хорошей биосовместимостью, делает их перспективными для медицины. Например, германиевые наночастицы можно будет вводить в организм для локального воздействия на раковые клетки или визуализации взаимодействия молекул в клетке.

«Наше открытие подтверждает общий тренд в современной нанофотонике: в последние годы растет интерес к исследованию резонансных диэлектрических наноструктур. Помимо локализации света на наномасштабе они обладают богатым арсеналом функциональных свойств. Термочувствительный сигнал, который мы изучали — один из ярких примеров таких свойств. Он позволяет измерять локальную температуру любых нанообъектов, в том числе и биологических," - отмечает Сергей Макаров, руководитель Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО.

Похожие новости

  • 31/07/2018

    Пирамида Хеопса может концентрировать радиоволны

    ​Пирамида Хеопса может концентрировать электромагнитную энергию во внутренних камерах и фокусировать ее в пространство под своим основанием. К такому выводу пришли ученые, воздействовавшие на пирамиду радиоволнами, чтобы исследовать ее резонансный электромагнитный отклик.
    642
  • 19/04/2017

    Как настоящие: в российских регионах разрабатывают протезы для животных

    Лошади, слоны, дельфины, крокодилы, гуси, обезьяны, морские котики, собаки и кошки — кого только не лечат современные ортопеды и ветеринары. Ученые в этой сфере далеко не всегда ограничиваются инвалидными тележками на колесах, а придумывают для животных-инвалидов гораздо более сложные протезы, приспособления и импланты.
    1110
  • 28/08/2017

    Ученые ТУСУРа получили два патента на оригинальные изобретения

    ​Сотрудники научно-исследовательской лаборатории "Безопасность и электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств" (НИЛ "БЭМС РЭС") ТУСУРа разработали оригинальные конструкции климатической экранированной камеры и стола для биологических исследований.
    795
  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    610
  • 20/08/2018

    Учеными созданы железные спирали тоньше человеческого волоса

    ​Исследователи СПбГУ смогли синтезировать микроспирали соединений железа диаметром около 12 микрон - почти в десять раз тоньше человеческого волоса. Их можно будет использовать, например, для создания сенсоров с высокой чувствительностью, а также в качестве миниатюрных электромагнитов или индукторов.
    282
  • 29/12/2018

    Созданы новые трансгенные крысы для изучения дефицита транспортера дофамина

    Исследователи создали новую линию трансгенных крыс, которая позволит изучить, как дефицит белкового транспортера дофамина влияет на такие заболевания, как шизофрения, синдром дефицита внимания и гиперактивности, болезнь Паркинсона.
    457
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    853
  • 12/12/2018

    Разработаны новые способы диагностики психический расстройств

    ​Российские медики научились находить признаки пограничных психических состояний при помощи регистраторов работы сердца, мозга и речи пациента. Методика позволяет с большей точностью диагностировать слабо выраженные психические расстройства и уже применяется в больницах Пензы.
    491
  • 12/07/2017

    Робота-врача для военных создадут томские медики и инженеры​

    Ученые из НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра и Томского политехнического университета (ТПУ) планируют создать мобильного робота, который сможет оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим в местах военных действий и ЧС.
    882
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    1650