Lichtgestuurde nanodeeltjes zullen een sleutelrol spelen bij de ontwikkeling van biosensoren

Wetenschappers van de ITMO University hebben een productiemethode ontwikkeld voor bio-integreerbare nanodeeltjes die via warmte kunnen worden aangestuurd. Bij lichtinval veranderen deze deeltjes niet alleen van vorm, maar ook van kleur. Deze ontdekking zal gunstig zijn voor de ontwikkeling van niet-invasieve biosensoren, signaalsystemen en niet-giftige kleurstoffen. De resultaten van het onderzoek zijn in het tijdschrift gepubliceerd Angewandte Chemie.

Volgens de auteurs van de studie is de kwestie van gecontroleerde nanomaterialen al een tijdje opgelost, maar de bestaande systemen zijn nogal giftig voor levende organismen, waardoor hun toepassingsgebied in de geneeskunde en biologie wordt beperkt. Onderzoekers van de ITMO University zijn er echter in geslaagd een volledig biocompatibel materiaal te produceren met controleerbare eigenschappen.

“De nanodeeltjes zijn samengesteld uit siliciumkernen en biopolymeer omhulsels. De stoffen waaruit de omhulsels bestaan, hebben verschillende hydrofobe / hydrofiele eigenschappen, dat wil zeggen de manier waarop hun moleculen reageren op water. We konden die gebruiken om de deeltjes te laten samentrekken of uitzetten. afhankelijk van externe factoren ”, legt Anna Nikitina uit, een medewerker van het ITMO Wetenschappelijk Centrum Infochemie.

De nanodeeltjes veranderen zowel van vorm als van kleur onder thermische invloed. Ze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om niet-invasieve lokale temperatuurmetingen uit te voeren in biologische weefsels of om sensorsystemen te ontwerpen die interne processen in levende organismen kunnen analyseren. De nieuwe bestuurbare systemen kunnen ook worden gebruikt om thermo- en lichtgestuurde kleurstoffen te maken, vergelijkbaar met vloeibaar-kristalmodulatoren die worden gebruikt in holografie en lithografie. Veranderingen in de kleur van de deeltjes treden uitsluitend op als gevolg van structurele transformaties.

“Onze gecontroleerde deeltjes kunnen gegevens verzamelen vanuit een organisme zonder dat er extra complexe apparaten nodig zijn, zoals ultragevoelige spectrale sensoren. Een eenvoudige kleurverandering stelt ons in staat om eenvoudig in realtime te volgen wat er met het deeltje gebeurt. De technologie is multifunctioneel, ook: elk deeltje kan meerdere keren worden in- en uitgeschakeld ”, zegt Valentin Milichko, een medewerker van de ITMO University School of Physics and Engineering.

De onderzoekers hebben deze gecontroleerde systemen drie jaar lang ontwikkeld, waarin ze hebben geëxperimenteerd met verschillende grootten en ruimtelijke kenmerken van de nanodeeltjes, en hebben gezocht naar polymeren die de gewenste prestaties zouden vertonen. Voorlopig is de efficiëntie van de systemen alleen bevestigd in laboratoriumomstandigheden. De volgende stap in het onderzoek is in vitro testen.