Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии и США предложили новый способ, как изменить поверхность оптических волокон, чтобы предотвратить нежелательный контакт с биомолекулами в живых средах. Ведь немодифицированные оптические волокна активно вступают во взаимодействия с  компонентами биологических сред, которые буквально осаждаются на их поверхности и тем самым не позволяют выполнять им необходимые функции. Благодаря эффекту поверхностного плазмонного резонанса и иодониевым солям ученым удалось создать на волокнах тончайшую защитную оболочку, которая не позволяет им взаимодействовать с  нежелательными веществами. Результаты исследования были представлены на конференции в Кардиффском университете (Великобритания) — на VI Международной конференция по химии поливалентного йода, ICHIC 2018 — и опубликованы в журнале Advanced Materials Interfaces (IF 4.834;Q1).

 

Фото:  Hightech.fm

Оптические волокна — это тонкие нити из кварцевого стекла, в которых информация передается с помощью света. Они широко применяются в волоконно-оптической связи. Но это не единственная сфера их применения. Одна из перспективных областей — медицина и биомедицинские технологии.

«Такие волокна трансформируют какой-либо сигнал из окружающей среды в оптический, который легко детектировать. Поэтому сейчас оптические волокна рассматривают как потенциальный материал для создания биосенсоров, особенно для так называемой онлайн-сенсорики, когда оптическое волокно находится прямо в человеческом теле, например, для измерения концентрации сахара в крови при диабете. Концепции такого применения оптических волокон уже можно найти в современной научной литературе», — говорит один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников.

Однако исследователи сталкиваются с проблемой — волокна очень активны и взаимодействуют с различными химическими веществами, например, белками.

«Они просто облепляют их поверхность и не позволяют трансформировать сигнал. Для решения этой проблемы мы разработали новый метод модификации поверхности оптического волокна и сделали его биоинертным. Мы покрыли волокно высокогидрофобными органическими соединениями, чтобы они не взаимодействовали с белками в водных растворах», — поясняет ученый.

По его словам, авторы статьи первыми предложили использовать эффект плазмонного резонанса для разложения солей иодония. Эти соли достаточно распространены в органическом синтезе как активные реагенты для целого ряда полезных превращений. Но в химии поверхностей на них обратили внимание лишь недавно.

«Для модификации волокна таким методом не требуется сложного специфического оборудования. На волокно мы напылили тонкий слой золота, затем через него направили свет, под его действием в золотой пленке возбуждается плазмонный резонанс. Это приводит к разложению иодониевой соли и образованию на поверхности волокна высокоактивных частичек — органических радикалов. Они начинают атаковать поверхность волокна и создают с ней прочную ковалентную связь.

Полученный новый слой очень стабилен и не взаимодействует с другими молекулами. Это очень важное свойство для биомедицинского применения такого материала, чтобы волокно не вступало в неконтролируемые взаимодействия с биомолекулами в организме»,

— поясняет Павел Постников.

В отличие от других реагентов соли иодония позволяют образовать на поверхности материала строго один слой активных соединений. И если размер самого волокна составляет несколько микрон, то полученного неактивного слоя — всего 0,2 нанометра.

«Модельные эксперименты на растворах биомолекул показали, что оптическое волокно после модификации является инертным», — отмечает ученый.

Таким образом, ученые впервые использовали плазмонный резонанс для трансформации иодониевых солей в высокоактивные органические радикалы, способные взаимодействовать с поверхностью золота. Исследователь также добавляет, что этот метод может быть использован для модификации не только оптических волокон, но и наночастиц благородных металлов.

«Его можно использовать и при создании органической электроники, когда будет потребность, например, сделать поверхность устройств инертной к загрязнениям», — добавляет ученый.

Исследование проводится совместно с коллегами из Университета химии и технологии (Чехия, Прага) и Университета Миннесоты Дулут (США). Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Источники

Ученые нашли способ защитить от биомолекул оптоволокно в биомедицинских приложениях
Новости@Rambler.ru, 05/09/2018
Ученые нашли способ защитить от биомолекул оптоволокно в биомедицинских приложениях
ТАСС, 05/09/2018
Ученые нашли способ защитить от биомолекул оптоволокно в биомедицинских приложениях
Российский научный фонд (рнф.рф), 05/09/2018
Ученые нашли способ защитить от биомолекул оптоволокно в биомедицинских приложениях
Российский научный фонд (rscf.ru), 05/09/2018
Ученые нашли способ защитить от биомолекул оптоволокно в биомедицинских приложениях
Tomsk.4geo.ru, 05/09/2018
Ученые ТПУ защитили оптоволокно от "налипающих" на него биомолекул
РИА Томск (riatomsk.ru), 05/09/2018
Ученые нашли способ, как "защитить" оптические волокна от биомолекул
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 05/09/2018
Как защитить оптические волокна от биомолекул
Стимул (stimul.online), 07/09/2018
Найден способ защитить оптические волокна от биомолекул
Индикатор (indicator.ru), 10/09/2018
Найден способ защитить оптические волокна от биомолекул
SMIonline (so-l.ru), 10/09/2018
Найден способ защитить оптические волокна от биомолекул
Nanonewsnet.ru, 10/09/2018
Найден способ защитить оптические волокна от биомолекул
Wi-Fi.ru Санкт-Петербург (spb.wi-fi.ru), 10/09/2018
Ученые ТГУ и их коллеги из Чехии и США разработали метод защиты оптических волокон от биомолекул
Научная Россия (scientificrussia.ru), 23/09/2018

Похожие новости

  • 03/09/2018

    Сверхтонкий аппарат для эндоскопии появился в клиниках СибГМУ

    ​Способ осмотра некоторых внутренних органов при помощи эндоскопа является малоприятной процедурой для пациентов. Но в клиниках Сибирского государственного медицинского университета появился новый аппарат, позволяющий проводить эндоскопию даже трехлетним детям.
    146
  • 17/02/2017

    В ТУСУРе разработали сервис для владельцев комнатных растений

    Студенты Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники создают систему для удаленного наблюдения и ухода за комнатными растениями.С ее помощью возможно будет ухаживать за любимым растением, находясь в командировке или отпуске: наблюдать в онлайн-режиме и при необходимости корректировать "параметры ухода" из любой точки земного шара через веб-сервер.
    1056
  • 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.
    791
  • 16/04/2018

    Томские ученые приступили к реализациипроекта в области биоинженерии кости

    ​Исследователи ТГУ приступили к реализации крупного междисциплинарного проекта в области биоинженерии кости. Соисполнителями по проекту являются биологи, химики, медики, фармакологи и другие специалисты из научных центров России и зарубежья.
    319
  • 27/06/2018

    Томский УМНИК поможет больным с рассеянным склерозом

    ​Победитель конкурса УМНИК Фонда содействия инновациям (Фонд Бортника), аспирант кафедры неврологии и нейрохирургии СибГМУ Анастасия Семкина, разрабатывает алгоритм реабилитации пациентов с рассеянным склерозом с использованием очков дополненной реальности и смартфона.
    307
  • 22/11/2016

    По итогам конкурса ВИК.Нано: наносито для крови

    Nanonewsnet.ru продолжает публиковать интервью о решении непростых инженерных задач. На вопросы о конкурсе ВИК.Нано и о своем проекте по очистке крови с помощью композитных сит из керамики и цеолитов ответил аспирант Томского государственного университета, один из трех финалистов, получивших главный приз конкурса, Александр Бузимов.
    1710
  • 24/07/2018

    Томские инженеры собирают «сити-фермы»

    ​Томские политехники планируют собрать и популяризировать установки для выращивания зелени и овощей в домашних условиях. Об этом сообщает инновационный портал Томской области."Сити-ферма - это стеллаж, лампы для искусственного освещения, горшки с растениями и система полива.
    354
  • 23/04/2018

    Персональный электрокардиограф ТПУ помогает выявить аритмию у пациентов

    ​Ученые Томского политехнического университета- сотрудники малого инновационного предприятия вуза ООО "Потенциал" - продолжают медицинские испытания персональных электрокардиографов, которые позволяют делать ЭКГ в домашних условиях и отправлять результаты своей электрокардиограммы врачу.
    345
  • 09/08/2016

    В ТПУ разрабатывают систему автоматического обнаружения сбоев в работе организма

    ​Молодой ученый Томского политехнического университета (ТПУ) работает над системой автоматического контроля состояния здоровья с помощью фитнес-трекеров. После обнаружения сбоя система будет самостоятельно запускать электромагнитную терапию, которая будет способствовать нормализации работы организма  Система, разрабатываемая экспертом Полигона инженерного предпринимательства ТПУ Иваном Зерниным, состоит из двух элементов: фитнес-трекера и физиотерапевтического браслета.
    1188
  • 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.
    1554