Новый материал позволил заглянуть в живую ткань необычных рыб
Ученые создали люминесцентный материал на базе редкоземов, который светится под глубоким инфракрасным излучением и помогает визуализировать глубинные ткани организма без механических повреждений и рентгена.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Российские химики в кооперации с коллегами из Китая и Узбекистана разработали новый люминесцентный материал, который способен «подсвечивать» процессы в глубинных тканях организма. Соединение реагирует на инфракрасное излучение ранее недоступного диапазона и может использоваться для более точной медицинской диагностики. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
В исследовании принимали участие сотрудники новосибирского Института неорганической химии имени Николаева СО РАН (ведущий разработчик), Университета ИТМО (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета, Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета, Национального научного центра морской биологии имени Жирмунского ДВО РАН (Владивосток), Даляньского политехнического университета, Шанхайского университета и Университета «Новый Узбекистан».
Материал создан на основе металлорганического каркаса (англ. metal-organic framework, MOF) с ионами редкоземельных металлов иттербия (Yb), тербия (Tb) и европия (Eu). Он преобразует инфракрасное излучение в видимое свечение, которое фиксируется специальными детекторами. Такой подход позволяет отслеживать движение лекарств, определять границы опухолей и наблюдать работу органов и систем в реальном времени.
Почему существующие методы не подходят для глубинных тканей
Сегодня в биомедицине применяют светящиеся наночастицы, которые возбуждаются инфракрасным светом с длиной волны около 980 нм. Однако такие материалы нестабильны, сложны в синтезе и не позволяют заглянуть достаточно глубоко в ткани без риска повреждений.
Новая разработка реагирует на излучение с длиной волны около 1960 нм — оно проникает в организм значительно глубже. При этом материал остается нетоксичным и устойчивым к длительному облучению, что открывает возможности для пролонгированных наблюдений за биологическими процессами.
Как работает новая люминесцентная система
Иттербий в составе соединения играет роль «антенны», улавливающей инфракрасный свет и передающей энергию тербию, который дает яркое зеленое свечение. Часть энергии далее передается европию, обеспечивая красное излучение и расширяя спектр. Такая «семафорная» комбинация позволяет настраивать цвет и интенсивность свечения изменением состава материала.
Безопасность соединения проверили на рыбках данио-рерио: микрочастицы ввели в желудок животных и подтвердили отсутствие токсичности. Частицы ярко светились при воздействии света как стандартного, так и глубокого инфракрасного диапазона, что подтвердило пригодность материала для решения биомедицинских задач.
Интересные факты в контексте
Визуализация глубоких тканей остается одной из ключевых задач биомедицины: даже современные методы сталкиваются с сильным рассеянием света и «шумами» при увеличении глубины наблюдения.
Развитие люминесцентных материалов считается одним из основных направлений улучшения медицинской визуализации наряду с магнитно-резонансной томографией и вычислительными методами in silico.
Подобные технологии позволяют не только диагностировать заболевания, но и отслеживать доставку лекарств и динамику терапии без инвазивных процедур.
В дальнейшем исследователи планируют повысить яркость излучения и удешевить синтез препаратов, чтобы приблизить технологию к практическому применению в клинической диагностике.
Нам удалось преодолеть сразу несколько ограничений материалов-аналогов. Во-первых, новое соединение более стабильно и выдерживает интенсивное облучение без потери яркости. Во-вторых, сочетание трех металлов — иттербия, тербия и европия — позволяет гибко настраивать цвет свечения, просто меняя их соотношение. И, наконец, полученные материалы могут эффективно работать при облучении светом с длиной волны 1960 нанометров, что расширяет их возможности к применению в медицинской диагностике. В дальнейшем мы планируем оптимизировать структуру и методы синтеза каркасов, чтобы увеличить яркость излучения и снизить себестоимость материалов.Андрей Потапов Руководитель проекта, главный научный сотрудник лаборатории металлорганических координационных полимеров ИНХ СО РАН, д. х. н.
О том, как российские химики открыли уникальные слоистые соли редкоземов, читайте в материале Hi-Tech Mail.
российские ученыеприродаХимияБиологияПоделиться
