Флуоресцентные наночастицы помогут в лечении рака и инсульта

В научно-исследовательском комплексе Биополис в Сингапуре доктор Гох водит в неподвижную мышь ярко-желтый раствор, а потом аккуратно размещает ухо мыши под микроскопом и освещает его ультрафиолетовым светом. Через окуляр микроскопа видно как ультрафиолетовое освещение заставляет кровь животного светиться зеленым светом.

Кандидат наук Гох из Национального университета Сингапура, надеется, что с помощью этого метода можно будет определить воспаление сосудов, обнаружить малярию и предсказать инсульт. Решающее значение в этой технологии имеют размер частиц и их цвет. «Наносвет» имеет размер всего в несколько десятков нанометров и может флюоресцировать: поглощать свет на одной длине волны и испускать его на другой.

«Наносвет» стабилен, универсален и легок в изготовлении, что делает его привлекательными для промышленности и науки. Самыми зарекомендовавшими себя примерами «наносвета» являются квантовые точки: крошечные фрагменты полупроводника, которые ценятся за их красивые и свежие цвета. Однако другие виды «наносвета» тоже на подъеме. Некоторые из них имеют редкую способность поглощать множество фотонов низкой энергии и объединять энергию в горстку фотонов высоких энергий – такой фокус открывает возможности для производства нескольких цветов одновременно. Другие сделаны из полимеров или маленьких органических молекул. Они менее токсичны и намного ярче, чем квантовые точки.

«Я был удивлен, когда обнаружил, что органические частицы намного ярче, чем неорганические», - говорит инженер-химик Бен Лю, дизайнер флуоресцентных наночастиц.

«Наносвет» используется в различных областях, начиная от плоских экранов дисплеев до биохимических тестов. Исследователи планируют найти им применение в таких областях, как солнечная энергия, картирование ДНК и хирургия. 

«Исследование развивается в быстром темпе», - говорит Дэниел Чю, изучающий флуоресцентные наночастицы в университете Вашингтона в Сиэтле. «Сейчас это так весело», - добавляет химик Пол Аливизатос из Калифорнийского университета.

Эпоха «наносвета» началась с открытия квантовых точек в 198 году. Российские физики, выращивая крошечные кристаллы хлорида меди в силикатном стекле, обнаружили, что цвет стекла зависел от размера частиц.

«Квантовые точки яркие и красивые», - говорит Инь Тхай Чань из Национального университета Сингапура. К началу 2000-х их чистые цвета начали привлекать телевизионных производителей и биомедиков, которые использовали их для маркировки определенных белков и сегментов ДНК.

«Все хорошо в квантовых точках, - говорит Лю, - кроме их токсичности. Они содержат кадмий, который ядовит для клеток. Из-за того, что некоторые страны запрещают использование этого элемента, квантовые точки не могут быть использованы в биологии и домашней электронике. Эта проблема решается заменой кадмия на менее токсичные цинк или индий. Однако токсичность – это существенный недостаток для исследователей, которые мечтают использовать наночастицы в флуоресцентной хирургии, когда они вводятся в опухоль и заставляют ее светиться, помогая хирургам удалить все ее следы.

Выход был найден в 2001 году, когда группа ученых из Гонконгского университета обнаружила, что маленькие органические молекулы, которые ведут себя пропеллеры или флюгеры, могут  флуоресцировать, когда они объединяются вместе и становятся неподвижными, т.е. не тратят впустую свою энергию. Вместо этого они ее преобразовывают в свет. Когда в эти соединения были добавлены азот и кислород, они засветились во всем спектре цветов от ультрафиолетового до инфракрасной области спектра. «Теперь мы можем изменить цвет по желанию, - утверждает руководитель группы профессор Тан.

Флуоресцирующие органические наночастицы могут быть в 40 раз ярче, чем квантовые точки. Их высокая плотность в ограниченном пространстве дает высокую яркость, что особенно полезно для визуализации тканей или долгосрочного отслеживания раковых клеток.

Однако диапазон применения «наносвета» настолько широк, что не ограничивается только медициной. Он может использоваться в самых разных областях, начиная с создания крошечных датчиков, контролирующих движения мобильного телефона до сложнейших современных устройств для автопилотирования автомобилей, а также для домашнего контроля за пожилыми людьми. 

«Есть еще очень много, что мы можем сделать», - говорит инженер Саржен из Университета Торонто, Канада.