Onderzoekers hebben transparant calciet omgezet in kunstmatig goud

In een doorbraak in metamaterialen hebben onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv voor het eerst ter wereld een innovatieve nanotechnologie ontwikkeld die een transparant calciet-nanodeeltje omzet in een sprankelend goudachtig deeltje. Met andere woorden, ze maakten van het transparante deeltje een deeltje dat ondanks zijn zeer kleine afmetingen zichtbaar is. Volgens de onderzoekers kan het nieuwe materiaal dienen als platform voor innovatieve kankerbehandelingen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Geavanceerde materialen, een internationaal team van wetenschappers, gecoördineerd door Dr. Roman Noskov en Dr. Pavel Ginzburg van de Iby en Aladar Fleischman Faculteit Ingenieurswetenschappen aan de Universiteit van Tel Aviv, Prof. Dmitry Gorin van het Centrum voor Fotonica en Quantum Materialen van het Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) en Dr. Evgeny Shirshin van de MV Lomonosov Moscow State University, hebben het concept geïntroduceerd van biovriendelijke levering van optische resonanties via een mesoscopisch metamateriaal, een materiaal met eigenschappen die niet in de natuur voorkomen. Deze benadering opent veelbelovende perspectieven voor multifunctionaliteit in biomedische systemen, waardoor het gebruik van een enkel door een ontwerper gemaakt nanodeeltje mogelijk wordt voor detectie, fotothermische therapie, fotoakoestische tomografie, bioimaging en gerichte medicijnafgifte.

“Dit concept is het resultaat van interdisciplinair denken op het raakvlak tussen de fysica van metamaterialen en bio-organische chemie, met als doel te voldoen aan de behoeften van nanogeneeskunde. We waren in staat om een ​​mesoscopisch submicron-metamateriaal te creëren van biocompatibele componenten dat sterke Mie-resonanties vertoont die de nabij-infrarood spectraal venster waarin biologische weefsels transparant zijn”, zegt Dr. Roman Noskov.

De nanostructuren die in staat zijn om licht op nanoschaal te lokaliseren en verschillende functies uit te voeren, zijn zeer wenselijk in een overvloed aan biomedische toepassingen. Biocompatibiliteit is echter typisch een probleem, aangezien de engineering van optische eigenschappen vaak het gebruik van giftige verbindingen en chemicaliën vereist. De onderzoekers hebben dit probleem opgelost door gouden nanozaden en poreuze vateriet (calciumcarbonaat) sferulieten te gebruiken, die momenteel worden beschouwd als veelbelovende voertuigen voor medicijnafgifte. Deze benadering omvat een controleerbare infusie van gouden nanozaden in een vaterietsteiger, wat resulteert in een mesoscopisch metamateriaal – gouden vateriet – waarvan de resonantie-eigenschappen op grote schaal kunnen worden afgestemd door de hoeveelheid goud in de vateriet te veranderen. Bovendien maakt het hoge laadvermogen van vateriet-sferulieten het gelijktijdig laden van zowel medicijnen als fluorescerende tags mogelijk. Om de prestaties van hun systeem te illustreren, demonstreerden de onderzoekers efficiënte laserverwarming van gouden vateriet op rode en nabij-infrarode golflengten, zeer wenselijk in fotothermische therapie en fotoakoestische tomografie.

Prof. Pavel Ginzburg vat samen: “Dit nieuwe platform maakt de huisvesting van meerdere functionaliteiten mogelijk – als eenvoudige add-ons die bijna op aanvraag kunnen worden geïntroduceerd. Naast optische beeldvorming en thermotherapie kunnen MRI-zichtbaarheid, functionele biomedische materialen en vele andere modaliteiten binnen een miniatuurdeeltje op nanoschaal. Ik geloof dat onze gezamenlijke inspanningen zullen leiden tot in-vivo-demonstraties, die de weg vrijmaken voor een nieuwe biomedische technologie.”