​Исследователи из России, Швеции и США изучили оптические свойства металлических нанооболочек атомарного размера и смоделировали резонансные свойства таких структур с использованием оригинальной модели атомарного взаимодействия. Результаты позволят применять нанооболочки толщиной всего в несколько атомов для адресной доставки лекарственных средств или определения одиночных молекул. 

 
Явление оптического резонанса металлических наночастиц широко применяется в современной медицине, химии, биологии, солнечной энергетике и фотонике. В большинстве случаев используются цельные наночастицы, поскольку моделирование таких объектов не представляет больших сложностей с точки зрения теории. Однако полтора десятилетия назад предсказали существование высокодобротных резонансных мод в «пустых» наночастицах. Интерес к таким формам наночастиц связан с тем, что их можно использовать в качестве безопасных «контейнеров», в которые можно «упаковать» лекарственный препарат. После попадания в организм человека оболочки наночастиц разрушаются, например, лазерным излучением, и высвобождают лекарственное средство. Этот вариант решает проблему системной нагрузки на организм – «упакованный» в оболочку наночастицы препарат бьёт точно в свою мишень – поражённый заболеванием орган – не задевая здоровые ткани. 

«До сегодняшнего дня моделирование таких объектов вызывало определенные трудности. С точки зрения классической оптики можно описать резонансные свойства сферической наночастицы со сферической полостью внутри. Но классические модели «буксуют» при попытке смоделировать оптический отклик несферической наночастицы с полостью, или наночастицы с полостью несферической формы, или даже располагающейся не в центре наночастицы. Ещё одна сложность в том, что для клинических применений такие нанооболочки должны иметь размер не больше десятка нанометров. Мы попытались решить эту задачу», – сказал младший научный сотрудник Научно-исследовательской части СФУ Вадим Закомирный. ​

 
В поисках решения исследователи из Сибирского федерального университета, работавшие совместно с американскими и шведскими коллегами, использовали недавно разработанный ими расширенный метод дискретного взаимодействия (ex-DIM). Он позволяет не только моделировать оптический отклик наночастиц произвольной формы, в том числе с полостью внутри, но и принимает в расчёт положение каждого атома в металлической наночастице. 

 
«Детальное изучение резонансных свойств полых наночастиц может быть полезно для современной биомедицины, – отметил постдок Института оптики Рочестерского университета (США) Илья Рассказов. – Проведенные нами систематические исследования полых наночастиц объясняют положения оптических резонансов в зависимости от полного размера наночастицы и толщины её оболочки. Огромный плюс работы – это точность выполнения расчётов. Мы впервые применили атомарную модель, чтобы узнать оптические свойства полых нанооболочек. Интересно, что каждый атом в наночастице важен и влияет на результат расчёта». 

 
Эта работа международной научной группы – часть большого цикла, в котором будут исследоваться оптические свойства наночастиц с «нестандартными» размерами, слишком большими для квантово-химических расчётов и слишком маленькими для классических методов современной оптики. Учёные утверждают, что полые наночастицы – многообещающий объект, интересный как современной фотонике, так и биомедицине, и химии. 

 
Кроме учёных Сибирского федерального университета в работе приняли участие сотрудники Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция), Федерального Сибирского научно-клинического центра ФМБА России (Красноярск), Института Вычислительного моделирования СО РАН и Рочестерского университета (Нью-Йорк, США). 

 
Исследование опубликовано в журнале Королевского химического сообщества Physical Chemistry Chemical Physics.
 
Фото: Схематическое изображение серебряной нанооболочки (наночастицы с полостью внутри) использующейся в моделировании.

Источники

Ученые рассказали, как "упаковать" лекарства внутрь наночастиц
Глас Народа (glasnarod.ru), 28/08/2020
Ученые рассказали, как "упаковать" лекарства внутрь наночастиц
Министерство науки и высшего образования РФ (minobrnauki.gov.ru), 28/08/2020
Плазмонные нанооболочки помогут "упаковать" и доставить лекарства прямо в цель
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 30/09/2020
Плазмонные нанооболочки помогут "упаковать" и доставить лекарства прямо в цель
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 30/09/2020

Похожие новости

  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    741
  • 09/10/2020

    Сибирские ученые создали тандемную диагностическую молекулу

    ​Диагностическая молекула – аптамер – отличается высокой чувствительностью и способна не только узнать белок-маркер заболевания, но и одновременно сигнализировать о его наличии вспышкой света. Это совместная разработка ученых Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Института биофизики СО РАН.
    565
  • 20/12/2019

    Когда наука несет свет: ученые предложили производить светодиоды без редкоземельных металлов

     Международная группа учёных синтезировала и изучила соединение, которое поможет значительно удешевить производство светодиодов для получения белого света, имитирующего солнечный. Такие диоды широко применяются в освещении жилых и производственных помещений, для наружной рекламы и выращивания растений предприятиями агропромышленного комплекса.
    955
  • 04/08/2020

    Лето исследований. Сразу несколько экспедиций отправились в Арктику

    Совместный проект ЮНЕСКО и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова — плавучий университет, научно-исследовательское судно «Академик Николай Страхов» вошло в акваторию Баренцева моря, где более 20 студентов из МГУ и других российских вузов при поддержке Министерства образования и науки России будут изучать перспективы нефтегазоносности этого района.
    719
  • 30/11/2017

    Синтез химиков и физиков

    За одной написанной химической формулой может скрываться сразу несколько различных веществ и структур. Так, оксид железа имеет ряд фаз, и только одна из них позволяет получать магнитные наночастицы для производства, например, более продуктивных жестких дисков.
    1327
  • 24/09/2020

    Сибирские ученые создали полиэтиленовый «бронежилет» для радиолокационного оборудования

    Сибирские ученые модернизировали полиэтилен при помощи ультразвука и углеродных нанотрубок. В отличие от изначального материала, полученный композит обладает высокой диэлектрической проницаемостью и большей износостойкостью.
    586
  • 13/08/2020

    Экстракты из хвои сосен успешно борются с бактериями

    ​Уже давно известно, что воздух в хвойных лесах насыщен фитонцидами – веществами, способными поражать опасные микроорганизмы. Да и сами зелёные иголки давно входят в состав природной аптечки. И тем не менее учёные продолжают активно изучать хвою, и она не разочаровывает их своими свойствами.
    890
  • 05/01/2017

    Егор Задереев: научные итоги 2016 года в Красноярске

    ​Ученый и популяризатор науки Егор Задереев подводит традиционные научные итоги года в Красноярске. Премии года Для анализа я использую базу данных научных публикаций Web of Science — самый строгий и признанный во всём мире фильтр качества.
    2699
  • 17/07/2020

    СО РАН направляет в Арктику большую норильскую экспедицию

    ​​Группа ученых из Российской академии наук всесторонне изучит экологическую среду территории и представит предложения и рекомендации по наилучшим природосберегающим решениям для деятельности промышленных компаний в Арктическом регионе.
    1402
  • 21/10/2019

    Ученые исследуют двумерные спектры ЯМР спектроскопии

    Спектроскопия ЯМР в двух измерениях является одним из наиболее важных спектроскопических методов изучения биологически важных молекул. Однако, ввиду относительно низкой чувствительности ЯМР спектроскопии, для получения таких спектров зачастую требуются десятки минут и даже часы.
    598