Nyt materiale med stærk virkning mod svampe og tumorer udviklet

Et nyt materiale med svampedræbende og antitumoregenskaber er blevet udviklet af forskere ved Center for Udvikling af Funktionelle Materialer (CDMF), en af ​​forskningen, Innovations- og formidlingscentre (RIDC'er) støttet af São Paulo Research Foundation — FAPESP. CDMF er vært for Federal University of São Carlos (UFSCar) i São Paulo State, Brasilien.

Forbindelsen blev opnået fra en prøve af rent sølvtungstat (a-Ag ₂ WO ₄ ) bestrålet med elektroner og laserlys i pulser, der varer et par femtosekunder. Et femtosekund er en kvadrilliondel af et sekund, tidsskalaen for kemiske reaktioner, der involverer udveksling af elektroner mellem atomer og molekyler. Det nye materiale er beskrevet i en artikel publiceret i Videnskabelige rapporter .

Den stigende brug af halvledere har frigjort udviklingen af ​​nye materialer med en lang række teknologiske anvendelser. Især en halvlederfamilie, der har tiltrukket sig forskere inden for materialevidenskab, er den af ​​ternære wolframoxider, såsom metalliske wolframater.

Sølv wolfram, som tilhører denne familie, er et vigtigt uorganisk materiale med anvendelser inden for fotokatalyse og fotoswitches eller som et alternativ til konventionelle bredbåndsgab halvledere. Forskere tilknyttet CDMF har undersøgt sølvtungstat i årevis.

"I et forsøg udført i 2018, hvor sølvtungstat blev bestrålet med elektroner, vi observerede under et elektronmikroskop udseendet af bittesmå 'hår', der voksede på materialets molekyler. Disse var intet andet end filamenter af nanopartikler ekstraheret fra sølvtungstat ved elektronbestråling, "sagde Elson Longo, Professor emeritus i UFSCars kemiafdeling og CDMFs hovedforsker.

"Sølv er et kemisk element med bakteriedræbende egenskaber. Sølvtungstat har også disse egenskaber, men det, vi fandt mest slående, var, at efter at være blevet modificeret ved elektronbestråling og sølvfilamentkonstruktion, den sammensatte viste svampedræbende aktivitet, der var 32 gange mere effektiv end før bestråling. "

Det modificerede komposits antisvampeaktivitet blev verificeret i Candida albicans, svampen, der forårsager candidiasis og trost. Forskerne dyrkede svampen i petriskåle. De kendte allerede den mindste mængde sølvtungstat, der kræves for at fjerne svampen, og påførte den samme mængde af det modificerede komposit på kulturen. Det observerede resultat var ens.

Forskerne halverede derefter stoffets volumen og gentog proceduren, igen fjerne svampen. De gentog proceduren totalt 32 gange, altid med tilfredsstillende svampedræbende resultater, demonstrerer, at det modificerede komposits antifungale egenskaber var 32 gange mere kraftfulde end dem i den originale sølvtungstat.

Kompositets antitumorvirkning blev testet i museblærekræftceller, som blev udsat for forskellige koncentrationer i 24 timer (4,63 mikrogram pr. milliliter, 11,58 μg/ml, 23,16 μg/ml, og 46,31 ug/ml).

Ifølge Longo, resultaterne viste en signifikant reduktion i cellelevedygtighed. Det bedste resultat blev opnået med en koncentration på 11,58 μg/ml, når blærekræftcellens levedygtighed faldt med 80%.

Efter at de havde påvist sammensatte antisvampe- og antitumoregenskaber, forskerne ved CDMF og UFSCar undersøgte dets sikkerhed til fremtidig brug hos mennesker.

Fire koncentrationer af den bestrålede sølvtungstatkomposit, der lå over det optimale område af fungicid aktivitet (3,9 μg/ml — 31,2 μg/ml) blev undersøgt i en human gingival fibroblast -cellelinje.

Efter inkubation i 24 timer, sammensætningens effekt på cellelevedygtighed, proliferation og morfologi blev evalueret ved kvantitativ fluorometrisk analyse og scanningselektronmikroskopi.

"Vi fandt ikke noget statistisk signifikant tab af cellelevedygtighed ved disse koncentrationer sammenlignet med kontrollen, viser, at sammensætningen ikke udgør nogen risiko for menneskers sundhed, "Sagde Longo.

Bølge-partikel dualitet

Undersøgelsen nåede også den vigtige videnskabelige milepæl med at demonstrere bølge-partikel dualitet eksperimentelt. Bølgepartikel-dualiteten er en grundlæggende egenskab ved materie foreslået i 1924 af den franske fysiker Louis-Victor de Broglie (1892-1987), ifølge hvem elektroner og andre diskrete stofstykker, indtil da kun betragtes som materialepartikler, kunne også have bølgeegenskaber, afhængigt af forsøget.

"I 1929, Nobelprisen i fysik blev tildelt de Broglie for opdagelsen af, at alt stof kan have bølgeegenskaber. I de ni årtier siden, bølge-partikel dualitet er blevet observeret og bevist i et stort antal videnskabelige eksperimenter, men indtil nu, ingen har demonstreret det eksperimentelt ved hjælp af partikler (elektroner i dette tilfælde) og bølger [laser] for at opnå identiske ændringer i sammensatte materialer, "Sagde Longo.

"Da vi indså, at elektronstråling producerede sølv nanopartikelfilamenter på sølv wolfram, vi besluttede at undersøge, om det samme resultat kunne opnås ved hjælp af laserlys, og derved eksperimentelt bevise den bølge-partikel dualitet, der blev foreslået af de Broglie for 95 år siden. "

Den videnskabelige litteratur peger i øjeblikket på den voksende anvendelse af femtosekund -laserstråling i materialeforarbejdning som en teknik til opnåelse af nye forbindelser med meget attraktive egenskaber, der kan drive teknologiske fremskridt.

"Under elektronbestrålingsprocessen, strukturel lidelse indføres i sølvtungstatens elektroner, og dette spiller en central rolle i nukleationen og væksten af ​​sølvfilamenter, "Sagde Longo.

I princippet, adskillelse af sølvatomer ved femtosekund -laserstråling bør forekomme på en lignende måde, men bør teoretisk være hurtigere, fordi en femtosekund -laserpuls kan levere maksimal effekt på meget kort tid.

"I betragtning af den forventede segregeringshastighed, derfor, morfologien for disse sølvnanopartikler ville teoretisk have en tendens til at være anderledes under elektronstråle og femtosekund laserstråling, "Sagde Longo.

De praktiske resultater matchede nøjagtigt teorien. Når den udsættes for femtosekund laserstråling, overfladen af ​​sølvtungstat var dækket med sølv nanopartikelfilamenter.

"Ved at gøre dette, det lykkedes os at opnå nøjagtig det samme resultat som med elektronstråling, demonstrere bølge-partikel dualitet i praksis, "Sagde Longo.