Forskere bruger siliciumnanopartikler til bioimaging og lægemiddellevering

Et internationalt forskerhold har studeret et nyt cellevisualiserings- og lægemiddelleveringssystem baseret på nanopartikler belagt med selvlysende farvestofmolekyler. Partikelmaterialet og afstanden mellem farvestoffet og partikeloverfladen påvirker intensiteten af ​​det selvlysende signal. Siliciumnanopartikler belagt med farvestofmolekyler er mere effektive end lignende partikler lavet af guld. Takket være deres biokompatibilitet, siliciumpartikler kan bruges til cellevisualisering og lægemiddellevering. Forskningen blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Selvlysende farvestoffer er meget udbredt i biologisk og medicinsk forskning på grund af deres høje følsomhed og lave toksicitet. Nanopartikler, der bruges til levering af lægemidler, er ofte belagt med sådanne farvestoffer. Dette gør det muligt for forskere at spore deres vej i det intracellulære rum. Intensiteten af ​​det selvlysende signal afhænger af partikelmaterialet og afstanden mellem farvestoffet og partikeloverfladen. Forskere fra ITMO's fakultet for fysik og teknik har sammen med kolleger fra Tyskland og Sverige undersøgt flere konfigurationer af forskellige nanopartikler belagt med selvlysende farvestofmolekyler og identificeret de mest effektive.

Forskere syntetiserede og studerede tre typer nanopartikler. Ikke-resonante yttriumvanadatpartikler (YVO4) blev anvendt som en kontrolprøve. Sådanne partikler påvirker ikke intensiteten af ​​farvestofmolekyler. Guld- og siliciumpartikler af samme størrelse coatet med farvestofmolekyler placeret i forskellige afstande fra overfladen blev sammenlignet med kontrolprøven.

Modellering og eksperimenter har vist, at vedhæftning af farvestof til siliciumpartikler kan øge farvestoffets fotoluminescens op til tre gange sammenlignet med guldpartikler. "En sådan forbedring skyldes Mie-resonanser i siliciumpartikler. Det er vigtigt at bemærke, at resonansbølgelængderne afhænger af partiklernes størrelse. På grund af det høje brydningsindeks, Mie-resonansen af ​​sfæriske siliciumpartikler på omkring hundrede nanometer i størrelse strækker sig ind i den synlige del af spektret. Dermed, resonante siliciumpartikler giver os mulighed for at accelerere spontan emission og forstærke farvestofsignalet på overfladen, "siger Sergei Makarov, leder af ITMO's Laboratory of Hybrid Nanophotonics and Optolectronics.

Luminescenssignalet henfalder på guldpartiklens overflade. Det er derfor, farvestoffet skal placeres i en afstand fra sådanne partikler. For at gøre det, videnskabsmænd skal bruge kemiske metoder, hvilket kan være komplekst og dyrt. Disse yderligere trin kan undgås ved at bruge siliciumpartikler, som forstærker det luminescerende signal direkte på overfladen. Udover, forskningen har vist, at siliciumpartikler belagt med selvlysende molekyler kan absorberes af kræftceller.

"Vi synes, at silicium er et meget lovende materiale, især til biomedicin. Undersøgelse af lægemiddellevering og bioimaging metoder er et meget hurtigt udviklende felt på ITMO University. For eksempel, vi arbejder i øjeblikket på et leveringssystem baseret på hule silicapartikler. Tak til holdet af forskere fra Det Fysiske og Tekniske Fakultet, vores universitet vinder gradvist anerkendelse inden for optik og lægemiddelleveringssystemer, " siger Mikhail Zyuzin, forskningsassistent ved Det Fysiske og Tekniske Fakultet. I fremtiden, disse systemer kan ikke kun bruges til at visualisere intracellulære strukturer, men også at levere forskellige stoffer, fra lægemidler til genetiske stoffer, til celler.