Наночастицы, управляемые светом, сыграют ключевую роль в разработке биосенсоров

Ученые из Университета ИТМО разработали метод получения биоинтегрируемых наночастиц, которыми можно управлять с помощью тепла. При облучении светом эти частицы меняют не только форму, но и цвет. Это открытие будет полезно для разработки неинвазивных биосенсоров, сигнальных систем и нетоксичных красителей. Результаты исследования опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

Проблема управляемых наноматериалов решена уже давно, но существующие системы токсичны для живых организмов, что ограничивает их применение в медицине и биологии. Исследователям из ИТМО удалось создать полностью биосовместимый материал с контролируемыми свойствами.

Наночастицы состоят из кремниевых ядер и оболочек из биополимера. Вещества в оболочках обладают разными гидрофобными/гидрофильными качествами, то есть их молекулы по-разному реагируют на воду. Это позволило заставить частицы сжиматься или расширяться в зависимости от внешних факторов.

Под тепловым воздействием наночастицы меняют как форму, так и цвет. Их можно использовать, например, для неинвазивных локальных измерений температуры в биологических тканях или для создания сенсорных систем, способных анализировать внутренние процессы в живых организмах. Новые управляемые системы также пригодны для создания термо- и светоуправляемых красителей, подобных жидкокристаллическим модуляторам в голографии и литографии. Изменение цвета частиц происходит исключительно за счет структурных преобразований.

Управляемые частицы могут собирать данные изнутри организма без дополнительных сложных устройств, таких как сверхчувствительные спектральные сенсоры. Простое изменение цвета позволяет легко отслеживать, что происходит с частицей, в реальном времени. Технология также многоразовая: каждую частицу можно включать и выключать несколько раз.

Исследователи разрабатывали эти управляемые системы три года, экспериментируя с различными размерами и пространственными характеристиками наночастиц, а также подбирая полимеры с нужными свойствами. Пока эффективность систем подтверждена только в лабораторных условиях. Следующим шагом в исследовании станут испытания in vitro.