Forskere har forvandlet gennemsigtig calcit til kunstigt guld

I et gennembrud inden for metamaterialer, for første gang i verden, forskere ved Tel Aviv University har udviklet en innovativ nanoteknologi, der forvandler en gennemsigtig calcitnanopartikel til en funklende guldlignende partikel. Med andre ord, de forvandlede den gennemsigtige partikel til en partikel, der er synlig på trods af dens meget små dimensioner. Ifølge forskerne kan det nye materiale tjene som platform for innovative kræftbehandlinger.

I et nyt blad udgivet i Avancerede materialer , et internationalt hold af videnskabsmænd, koordineret af Dr. Roman Noskov og Dr. Pavel Ginzburg fra Iby og Aladar Fleischman Fakultet for Ingeniørvidenskab ved Tel Aviv Universitet, Prof. Dmitry Gorin fra Center for Fotonik og Kvantematerialer ved Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) og Dr. Evgeny Shirshin fra M.V. Lomonosov Moskva statsuniversitet, har introduceret konceptet med biovenlig levering af optiske resonanser via et mesoskopisk metamateriale, et materiale med egenskaber, der ikke findes i naturen. Denne tilgang åbner lovende udsigter for multifunktionalitet i biomedicinske systemer, tillader brugen af ​​en enkelt designerfremstillet nanopartikel til sansning, fototermisk terapi, fotoakustisk tomografi, bioimaging, og målrettet medicinafgivelse.

"Dette koncept er resultatet af tværfaglig tænkning i grænsefladen mellem metamaterialernes fysik og bioorganisk kemi, sigter på at opfylde behovene for nanomedicin. Vi var i stand til at skabe et mesoskopisk submikronmetamateriale fra biokompatible komponenter, der demonstrerer stærke Mie-resonanser, der dækker det nær-infrarøde spektralvindue, hvori biologiske væv er gennemsigtige, " siger Dr. Roman Noskov.

De nanostrukturer, der er i stand til at lokalisere lys i nanoskala samt udføre flere funktioner, er yderst ønskelige i en overflod af biomedicinske applikationer. Imidlertid, biokompatibilitet er typisk et problem, da konstruktion af optiske egenskaber ofte kræver brug af giftige forbindelser og kemikalier. Forskerne har løst dette problem ved at bruge guld nanofrø og porøse vaterit (calciumcarbonat) sfærulitter, i øjeblikket betragtes som lovende narkotika-udleveringskøretøjer. Denne tilgang involverer kontrollerbar infusion af guldnanofrø i et vaterit-stillads, hvilket resulterer i et mesoskopisk metamateriale - gylden vaterit - hvis resonansegenskaber kan justeres bredt ved at ændre mængden af ​​guld inde i vateriten. Derudover høj nyttelastkapacitet af vaterite sfærulitter tillader samtidig indlæsning af både lægemidler og fluorescerende tags. For at eksemplificere ydeevnen af ​​deres system, forskerne demonstrerede effektiv laseropvarmning af gylden vaterit ved røde og nær-infrarøde bølgelængder, meget ønskværdig i fototermisk terapi, og fotoakustisk tomografi.

Prof. Pavel Ginzburg opsummerer, "Denne nye platform gør det muligt at indkvartere flere funktioner - som simple tilføjelser, der kan introduceres næsten efter behov. Udover optisk billedbehandling og termoterapi, MR synlighed, funktionelle biomedicinske materialer og mange andre modaliteter kan introduceres i en miniature-partikel i nanoskala. Jeg tror på, at vores samarbejde vil føre til demonstrationer in vivo, som vil bane vejen for en ny biomedicinsk teknologi."