До сих пор фотонные кристаллы с нужными параметрами нельзя было использовать в медицинских целях без опаски — их получали с помощью токсичных реагентов
Исследователи из Университета ИТМО предложили новый способ получения магнитных фотонных нанокристаллов с низкой токсичностью. Теперь их можно будет использовать не только в фотонике, но и в биомедицине. Нанокристаллы, полученные данным методом, считаются перспективными для создания лекарств от тромбоза или рака молочной железы. Соответствующая статья опубликована в Scientific reports.
Фотонные магнитные кристаллы отличаются от обычных тем, что если на них воздействует магнитное поле, то они избирательно отражают свет с определенной длиной волны. За счет этого они эффективны как материал для светофильтров высокой степени избирательности или в системах оптоволоконной связи. Однако их получение — достаточно трудный процесс, требующий сложного оборудования, в котором задействованы весьма токсичные компоненты.
Поэтому авторы новой работы — ученые из международной лаборатории SCAMT Университета ИТМО совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и НМИЦ онкологии имени Блохина, предложили новый простой и экономичный способ их создания.
Суть метода — в управляемой дестабилизации гидрозоля (коллоида на водной основе) с кристаллами магнетита (FeO·Fe2O3) и добавлением глицерина. Когда магнетит разрушался на множество мелких кристаллов, дальнейшее их разрушение останавливали добавкой лимонной кислоты. Ее вводили на разных фазах разрушения кристаллов, посредством чего удавалось получить фрагменты нанокристаллов размерами от 650 до 40 нанометров. Оптимальные параметры были получены при диаметре в 80 нанометров, при допустимом диапазоне отклонений размеров в ±3 нанометра. Благодаря одинаковым размерам нанокристаллов, такой раствор менял свои оптические свойства, если на него воздействовали магнитным полем.
Кристаллы магнетита сами по себе не являются токсичными, поэтому применяются не только в системах связи. Они синтезируется бактериями, протистами и животными, которые используют их в органах магниторецепции. У человека они тоже синтезируются (присутствуют в мозге), хотя магниторецепции у нас, по всей видимости, нет. Задачи биогенных магнетитов не ясны, но очевидно, что они не токсичны. В то же время синтезированные фотонные кристаллы до сих пор имели высокую токсичность — реагенты, которые использовали для их производства, было очень трудно полностью отфильтровать от конечного продукта. Новый метод не только прост и не требует специального оборудования, но и дает совершенно безопасный конечный продукт. Это позволит применять подобный магнетит в медицине.
Для этого в раствор во время получения нанокристаллов можно добавлять лекарственные соединения. Нанокристаллы включат их в свой состав. Однако магнетитовое покрытие не позволит лекарствам вырваться наружу до тех пор, пока они, под управлением магнитного поля, не попадут в нужную точку человеческого организма. Исследователи из ИТМО планируют использовать магнетиты для доставки лекарств, не дающих образовываться тромбам, прямо к очагу тромбоза. Сходным образом можно доставлять ядовитые для раковых клеток вещества прямо в опухоль. Поскольку раковые клетки — это «поломавшиеся» человеческие, такие лекарства без сверхточной доставки могли бы нанести вред обычным, здоровым клеткам организма. Прибыв в нужную точку, нанокристаллы легко могут быть разрушены приложением сильного магнитного поля, тут же высвобождая нужное лекарство.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
Фобос может уничтожить космические экспедиции электрическими разрядами