​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

  • 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.
    966
  • 30/03/2021

    Модифицированные наноалмазы смогут доставлять гормональные лекарства в организм человека

     Ученые модифицировали наноалмазы — носители лекарственных препаратов, чтобы продлить время выхода и терапевтического действия лекарств. Действие наночастиц опробовано на кортикостероидах — гормональных лекарства, применяемых для лечения ряда заболеваний.
    562
  • 08/04/2021

    Ученые Красноярского научного центра СО РАН расскажут школьникам про профессии будущего и первые шаги в науку

    Краевой фонд науки подвел итоги конкурса по организации проведения мероприятий по профессиональной ориентации молодежи. Два проекта ученых КНЦ СО РАН, нацеленных на привлечение школьников в науку, получили поддержку фонда.
    659
  • 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.
    1300
  • 01/02/2021

    ИК СО РАН запустил еженедельный онлайн-семинар для будущих пользователей ЦКП «СКИФ»

    Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования (ЛПСМИ) Института катализа СО РАН провела первую серию семинаров для объединения потенциальных отечественных пользователей ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» и обмена опытом по использованию синхротронного излучения (СИ) в различных областях науки.
    1224
  • 05/02/2021

    Год науки и технологий: что нужно учёным, кроме слов

    Указом президента РФ 2021 год объявлен Годом науки и технологий.  Как отмечает Федеральная служба государственной статистики, начиная с 2016 года количество научных сотрудников в России сокращается ежегодно на 2 %.
    1082
  • 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.
    1031
  • 22/04/2021

    Учёная рассказала, к чему может привести сброс сточных вод с АЭС «Фукусима» в мировой океан

    13 апреля правительство Японии объявило, что через два года с АЭС «Фукусима» в Тихий океан будет сброшено более 1 миллиона тонн загрязненных сточных вод. Против этого решения выступают местные жители, правительства нескольких соседних стран.
    493
  • 12/01/2021

    В разработке новой технологии изготовления полимерных трубок участвуют исследователи СибГУ им. М.Ф. Решетнева

    ​Во время рабочего визита в СибГУ им. М.Ф. Решетнева в конце декабря 2020 г. замминистра науки и высшего образования РФ Петр Кучеренко осмотрел выставку научных проектов 2020 года, выполняемых исследователями университета.
    1245
  • 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.
    3686