Новые безопасные квантовые точки оксида цинка
Наночастицы оксида цинка (ZnO) широко используются, но их токсикологическое воздействие остаётся неоднозначным, и стандартов токсичности нет. Исследователи из Польской академии наук (IPC PAS) и Варшавского технологического университета (PW) разработали метод получения бездефектных квантовых точек ZnO со стабильными свойствами: монодисперсностью, высокой квантовой эффективностью, рекордно долгим временем жизни люминесценции и отсутствием сигнала ЭПР в стандартных условиях. Плотная органическая оболочка стабилизирует поверхность и делает частицы устойчивыми к химическим и биологическим средам.
«Наши нанокристаллы оксида цинка имеют беспрецедентно высокое качество и значительно лучшие химико-физические свойства, чем частицы, полученные популярным золь-гель методом», — говорит профессор Януш Левински (IPC PAS, PW). «Время жизни люминесценции дольше на несколько порядков. До сих пор наблюдались только короткие затухания фотолюминесценции ZnO — порядка пико- или наносекунд».
В сочетании с биологически активными молекулами новые наночастицы можно использовать в биологии и медицине, например, для визуализации клеток и тканей. В статье в Chemistry - A European Journal учёные показали, что их наночастицы ZnO безопасны. Это может ускорить внедрение новых квантовых точек в биологические и медицинские лаборатории.
Классические нанокристаллы ZnO, полученные золь-гель методом, плохо стабилизированы. Взаимодействие между неорганическим ядром ZnO и биологической средой может приводить к образованию активных форм кислорода или высвобождению потенциально токсичных катионов цинка.
«Мы решили модифицировать наш одностадийный металлоорганический метод синтеза, чтобы наночастицы ZnO вели себя максимально нейтрально внутри клеток», — говорит д-р Малгожата Вольска-Петкевич (PW).
Команда профессора Левински производит квантовые точки ZnO из металлоорганических прекурсоров. Для биологических применений получаются стабильные сферические наночастицы с кристаллическим ядром ZnO диаметром 4–5 нм, окружённым оболочкой органических лигандов. Эта оболочка увеличивает гидродинамический диаметр частиц до ~12 нм, защищает неорганическое ядро от деградации и устраняет влияние ZnO на окружающую среду.
«Частицы с размером ядра менее 10 нм легко проникают в клетки и считаются потенциально наиболее токсичными. Интересно, что наши наночастицы ZnO показали крайне низкий вредный эффект в тестах in vitro», — отмечает д-р Вольска-Петкевич.
Для оценки токсичности использовали клеточные линии A549 и MRC-5 как модели раковых и нормальных клеток лёгких. Исследователи показали, что органическая оболочка улучшенных наночастиц непроницаема: ионы цинка не высвобождаются, а активные формы кислорода не образуются. Даже при высоких концентрациях токсичность новых наночастиц ZnO оказалась ничтожной.
«Наш метод получения квантовых точек ZnO означает, что они просто не взаимодействуют с биологической средой. У нас есть прочная основа для работы над их применениями — не только в медицинской визуализации, но и, например, как компонента красок», — резюмирует профессор Левински.