Исследователи ТПУ разработали и изучили свойства разного типа подложек, перспективных для in vivo мониторинга химических веществ. Исследования были поддержаны грантом РНФ («SERS как метод для in vivo мониторинга лекарственных препаратов и их эффектов», 19-75-10046). Исследуя различные подходы, ученые добились усиления сигнала спектрального «паспорта» молекул.  

Рамановская спектроскопия — один из методов, применяемых в пищевой промышленности, медицине, материаловедении, криминалистике для идентификации химического состава. С его помощью детектируют «паспорт» молекулы с уникальной спектральной «подписью», получаемый при рассеянии лазерного света. Для усиления сигнала и увеличения чувствительности используются SERS- (поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия) подложки, изготавливаемые из наночастиц благородных металлов. При использовании метода SERS сигнал усиливается, когда на наночастицы падает свет с определенной длиной волны.

Фото: примеры SERS-подложек, разработанных в ТПУ 

По словам ученых, во многих областях медицины индивидуальные особенности организма пациента и заболевания в существенной? степени определяют успех лечения. Например, при определении эффективности лечения онкологических заболеваний или уровня лекарств с высокой внутрииндивидуальной вариабельностью. При этом существующие методы анализа имеют большое время отклика, высокую стоимость и зачастую не способны обеспечить in vivo мониторинг. В рамках проекта ученые предложили использовать SERS-подложки, так как этот подход обладает высокой химической специфичностью, и его сигналы менее подвержены влиянию неспецифической адсорбции белков. 

«В рамках проекта мы занимались разработкой и оптимизацией SERS-подложек, которые могли бы быть имплантированы для долговременного in vivo мониторинга, а также их испытаниями в модельных экспериментах для решения вопросов онкологии и фармакологии. Мы не только разрабатывали подложки, но и проводили с ними модельные эксперименты, изучали, какой из подходов наиболее перспективен для дальнейшей оптимизации и развития», — говорит профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Евгения Шеремет

Ученые изготовили подложки на основе фотонного кристалла, гексагонального нитрида углерода, полиуретана и полиэтилентерефталата (ПЭТ). На них осаждались наночастицы благородных металлов — золота и серебра. Для осаждения использовались четыре метода: электрохимический, наносферная литография, химическая функционализация и лазерная интеграция. Полученные образцы изучались с помощью методов спектроскопии и сравнивались между собой, чтобы выявить, какой из них прочнее, более гибкий, дает лучшую чувствительность, проще и экономичнее в изготовлении. 

«Недостаточно получить подложку, необходимо разработать методику измерений, переносимую в такую сложную систему как живой организм, показать перспективность подхода. В результате исследований мы пришли к выводу, что наиболее многообещающим является подложка на основе биостабильного полимера полиэтилентерефталата (ПЭТа), покрытая наночастицами серебра, закрепленными с помощью лазерной интеграции. И мы сфокусировались на экспериментах именно с этими подложками, используя молекулу-маркер, рамановский спектр которого чувствителен к изменению pH, и получили спектры, отражающие изменения в среде роста клеток в SERS. Изменение pH может быть косвенным признаком наличия патологического процесса — такого как раковая опухоль», — поясняет ученый. 

В исследовании принимали участие ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, Инженерной школы природных ресурсов, НИИ фармакологии и регенеративной медицины и НИИ онкологии Томского НИМЦа.  

Источники

Ученые ТПУ усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицинских применений
Поиск (poisknews.ru), 07/05/2021
Ученые ТПУ усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицинских применений
Innovanews.ru, 07/05/2021
Ученые ТПУ усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицинских применений
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 07/05/2021
Ученые усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицинских применений
Научная Россия (scientificrussia.ru), 10/05/2021
Ученые усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицинских применений
Nanonewsnet.ru, 11/05/2021
Томские ученые усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицины
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 11/05/2021
Ученые ТПУ усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицинских применений
Российский научный фонд (rscf.ru), 13/05/2021
Ученые ТПУ усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицинских применений
Российский научный фонд (рнф.рф), 13/05/2021
Ученые усилили сигнал спектрального "паспорта" молекул для биомедицинских применений
Научный портал MSAU.RU, 18/05/2021

Похожие новости

  • 05/03/2018

    ​Ученые ТГУ создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул

    ​Ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ с коллегами из Швеции и Финляндии создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные (светимость, квантовый выход флуоресценции) свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии.
    1742
  • 13/10/2020

    Физики ТГУ улучшили сплавы с памятью формы для космоса и Арктики

    ​Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ первыми в мире получили структуру сплавов, обеспечивающую им особую способность к деформации и восстановлению исходной формы до 15 процентов.
    739
  • 08/05/2019

    Ученые ТПУ и Италии исследуют новые композитные материалы на основе сахарного тростника

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Италии, Канады и Германии изучили теплофизические характеристики образцов новых композиционных материалов из органических волокон на основе сахарного тростника.
    972
  • 20/08/2019

    Физики из Франции, США и РФ изучат формирование и спектры озона

    Команда физиков из Франции, США, и России (Томск, ТГУ) исследует механизмы формирования и распада озона (O3), его характеристики и свойства на молекулярном уровне при взаимодействии с радиацией. Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    714
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    568
  • 20/11/2020

    Исследования ученых ТГУ помогут расширить российский рынок пиротехники

    ​Младший научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии физико-технического факультета ТГУ Сергей Соколов, его научный руководитель, доктор физико-математических наук, профессор ТГУ Александр Ворожцов и ряд других ученых подготовили к публикации серию научных работ о создании высокоэнергетических материалов с повышенными энергетическими характеристиками.
    685
  • 07/04/2021

    Три научных группы Томского политехнического университета выиграли гранты на поддержку своих проектов

    ​​Научная группа, которой руководит кандидат физико-математических наук Алексей Шевелев, трудится над созданием более дешевых и эффективных резонаторов, которые применяются в ускорителях частиц, в том числе, Большом адронном коллайдере.
    440
  • 11/02/2019

    Ученый из ТПУ: хочется создавать что-то реальное

    ​В 2018 году грантом Российского научного фонда был поддержан проект ассистента Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Максима Пискунова «Устойчивое к условиям низких температур вододизельное микроэмульгированное топливо».
    769
  • 04/03/2020

    Томские физики создают базу условий для спекания сплавов с разными свойствами

    ​Команда молодых ученых ТГУ начала эксперименты in-vitro для исследования биосовместимости нового пористого материала на основе никелида титана (TiNi) с тканями человека. Задача физиков – разработать комплекс условий, при соблюдении которых можно будет создавать сплавы на основе TiNi с определенными характеристиками – для изготовления медицинских имплантатов либо устройств, работающих на Крайнем Севере в условиях низких температур, и, напротив, с жаропрочными свойствами.
    768
  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    928