Nanosølv til terapi og diagnostik

(PhysOrg.com) -- I dag, hverdagen ville være utænkelig uden nanoteknologi. Det er også altid til stede i medicinsk teknologi – både i terapi og diagnostik. Forskere fra ETH Zürich har nu forberedt sølvnanopartikler i et tværfagligt studie på en sådan måde, at de tilbyder yderligere potentiale på dette felt.

Nanopartikler lavet af sølv, mindre end en ti tusindedel af en millimeter, har særlige optiske egenskaber, der især rummer lovende applikationer inden for medicinsk teknologi. Det eneste problem:nanosølvpartikler afgiver sølvioner, som er giftige for celler. Forskere ledet af Sotiris Pratsinis, en professor ved ETH Zürichs partikelteknologilaboratorium ved Institute of Process Engineering, er det nu lykkedes at forberede sølvpartiklerne på en sådan måde, at de forhindrer dem i at frigive giftige ioner, men efterlader deres optiske – såkaldt plasmoniske – egenskaber intakte. Det betyder, at partiklerne kan bruges i medicin som plasmoniske sensorer til at identificere patogener eller til terapeutiske formål.

Et lag af siliciumdioxid beskytter celler

For at omgå problemet med toksicitet, forskerne belagde nanopartiklerne med et to nanometer tykt lag siliciumdioxid i en særlig procedure. I sin doktorafhandling vejledt af Pratsinis, Georgios Sotiriou sammenlignede virkningen af ​​ubehandlede sølvnanopartikler med kun delvist og fuldstændige coatede nanopartikler i en række eksperimenter.

I tilfælde af de fuldstændigt belagte partikler, den gennemsigtige skal påvirker ikke disse biosensorers specielle lysegenskaber. Og da sølvioner ikke kan trænge ind i skallen, der er ingen fare for cellerne. For at demonstrere dette, forskerne gik sammen med Sven Panke, en professor fra Institut for Biosystemer ved ETH Zürich, og tilsat Eschericha coli-bakterier til partiklerne, som fortsatte med at formere sig uskadt.

Brug af kvanteeffekter

De særlige plasmoniske egenskaber stammer fra kvanteeffekter af elektronerne i sølvnanopartiklerne:lys interagerer med elektronerne i overfladen af ​​de plasmoniske sensorer, får dem til at svinge. Det indkommende lys absorberes således kraftigt og spredt. Plasmoniske sensorer lyser derfor under den såkaldte mørkefeltsbelysning. Følgelig, de er kun billetten til at opdage vira, bakterier eller kræftceller, for eksempel, eller transport af medicin påført sensorerne til et bestemt sted i menneskekroppen.

Udstyret med et antistof, partiklerne kan bindes til forudbestemte biomolekyler. I øvrigt, i samarbejde med Janos Vörös, professor fra ETH Zürichs Institut for Biomedicinsk Teknik, forskerne var i stand til at vise, at de også kan bruges som såkaldte etiketfrie sensorer. Det betyder, at eventuelle proteinmolekyler i blodbanen klæber til sensoren alene gennem den fysiske absorption mellem molekylet og sensoroverfladen og dermed kan detekteres. Dette blev afsløret i eksperimenter med anvendelse af bovint serumalbumin som modelproteinmolekylet. Proteinmolekylerne, der sidder fast på sensorerne, udløser en lokal ændring i brydningsindekset på de plasmoniske sensorer. Opløsningens højere brydningsindeks får sensorens optiske absorption til at skifte til en højere lysbølgelængde. Dette gør biomolekylerne synlige, hvilket betyder, at de let kan opdages.

Men de forberedte sølvnanopartikler har også en anden fordel, understreger Sotiriou:'De coatede nanopartikler er stabile i serumsuspensioner, uden at vi skal tilføje stoffer, der kan afbryde forsøget.'

Transport også muligt

I et nyligt offentliggjort opfølgningsstudie i Chemistry of Materials, Pratsinis’ team beskriver, hvordan funktionaliteten af ​​de siliciumdioxid-coatede sølvnanopartikler kan forbedres yderligere:i samarbejde med Ann Hirt, en professor fra ETH Zürichs Institut for Geofysik, forskerne lægger et jernoxid og en sølvpartikel sammen, dermed gør biosensoren også magnetisk.

Disse multifunktionelle partikler kan binde til bestemte celler (f.eks. Kræftceller som HeLa -celler) og dermed detektere dem, som blev demonstreret i eksperimenter udført på ETH Zürichs Institut for Biokemi i samarbejde med Pierre-Yves Lozach. Partiklernes magnetiske egenskaber betyder nu også, at partiklerne kan ledes et bestemt sted hen. Nanosølvpartiklerne kunne låse sig fast på kræftceller og kunne fjerne dem der lokalt ved hjælp af varme fra et højenergimagnetisk felt eller infrarød stråling. "Dette udgør et yderst interessant alternativ til ikke-invasiv destruktion af tumorer, ' understreger Pratsinis.