​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

  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    1140
  • 29/12/2017

    Топ-20 наиболее интересных разработок сибирских ученых в 2017 году

    На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-20  сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2017 года, размещенных на нашем портале.
    2488
  • 21/01/2019

    «Сотканные» в НМИЦ им. академика Е.Н. Мешалкина тканеинженерные протезы меняют идеологию операций

    В школьные годы я зачитывалась книгой кардиохирурга Николая Амосова “Мысли и сердце”. Воображение легко рисовало бригаду врачей над неподвижным телом пациента со вскрытой грудной клеткой. Но в ближайшем будущем операции по имплантации, например, аортального клапана, пораженного стенозом, будут выглядеть совсем по-другому.
    1662
  • 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.
    982
  • 29/09/2020

    Итоги первого года работы АНО НОЦ «Кузбасс»: от инновационного оборудования для атомщиков до «умной» системы дезинфекции

    ​Кузбасс входит в число пяти регионов России, где в рамках нацпроекта «Наука» были созданы научно-образовательные центры (НОЦ) мирового уровня. Организация работает в регионе ровно год и в будущем планирует объединить крупные научные и образовательные центры в Сибири.
    295
  • 04/07/2019

    Сибирские ученые создают ветряк для нагревания воды

    ​Сибирские ученые создают ветрогенератор, который может работать при низкой скорости ветра и нагревать воду практически без потерь благодаря преобразованию механической энергии воздушного потока непосредственно в тепловую энергию.
    2313
  • 23/07/2018

    Магнитные нанодиски улучшат качество томографии

    Ученые России и США разработали магнитные наноструктуры, регистрируемые индукционными методами с рекордной чувствительностью в организме лабораторных животных in vivo.  Полученные магнитные микродиски позволят увеличить чувствительность и информативность различных методов визуализации органов и тканей, таких как магнитно-резонансная томография, MPQ и MPI (magnetic particle imaging).
    1068
  • 19/07/2019

    В ИЯФ СО РАН создают установку для щадящего избавления пациентов от рака

    Иногда путь перспективных, казалось бы, технологий в повседневную реальность тернист. Достаточно вспомнить управляемый термоядерный синтез. Особенно обидно, когда речь идет о спасении человеческих жизней, а методика лечения многие десятилетия остается экспериментальной.
    814
  • 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.
    2962
  • 28/05/2019

    Российские ученые нашли способ сделать металл прочнее

    ​Один из самых перспективных материалов для авиационной и автомобильной промышленности — алюминий. Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» нашли простой и эффективный способ укрепления композитных материалов на его основе.
    710