Физики разработали композитные наночастицы для тераностики.

Исследование опубликовано в журнале Nanomaterials. Композитные наночастицы представляют собой наноматериалы, состоящие из двух или более компонентов. Их характеристики зависят от химической и физической природы составляющих их структур. Они находят широкое использование, начиная от электроники и катализа и заканчивая медициной. Перспективные медицинские применения таких частиц связаны с их нагревом под воздействием ИК-излучения, которое проникает через биологические ткани и организмы. Создание композитных наночастиц с настраиваемыми оптическими свойствами является одной из актуальных задач. Исследователи предложили новый метод синтеза нанокомпозитов MoS₂-Au, используя фемтосекундную лазерную абляцию в жидкости для достижения настраиваемых оптических свойств в ближней инфракрасной области.

«Экологичность синтеза наночастиц методом лазерной абляции в жидкости включает в себя множество аспектов: во-первых, мы не применяем химические реагенты для создания композитов, так как синтез осуществляется в воде. Во-вторых, нам не требуется утилизация продуктов реакций, поскольку мы воздействуем лазером на твердую мишень нужного материала, “отщепляя” от нее наночастицы. В-третьих, полученные наночастицы являются безлигандными, что означает, что отсутствие химического прекурсора способствует чистоте их поверхности», — пояснил Алексей Большаков, директор Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.

Раствор наночастиц был синтезирован методом фемтосекундной лазерной абляции в жидкости. Лазерная абляция — это метод воздействия на материал с использованием высокоэнергетического лазерного излучения. Под воздействием лазерного излучения твердое тело образца превращается в плазму, которая попадает в жидкость. Внутри плазмы образуются пузырьки, в которых плазма конденсируется в наночастицы. Фемтосекундные лазерные импульсы инициируют быстрый и целенаправленный нагрев материала, что ускоряет образование частиц и делает процесс синтеза более эффективным. С помощью многоэтапного процесса лазерной абляции исследователи создали наночастицы с различными структурами.

«При помощи лазерной абляции мы можем разрабатывать множество протоколов синтеза, меняя порядок этапов абляции (аблируя одни материалы в растворе других, а также фрагментируя смеси полученных наночастиц для создания композитных наночастиц). Мы также можем инициировать разложение реагентов, традиционно использующихся для химического синтеза наночастиц, с помощью лазерного воздействия. Например, мы можем добавлять в традиционный процесс абляции AgNO₃ и восстанавливать его до сателлитов серебра, находящихся на поверхности частиц», — сообщил Илья Завидовский, старший научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.

Применяя одно-, двух- и трехэтапные методики синтеза, ученые получили композитные наночастицы с уникальной архитектурой «ядро–оболочка» и «ядро–оболочка–сателлит», которые сочетают в себе фазы MoS₂/MoS_xO_y, MoS_xO_y/Au и MoS₂/MoS_xO_y/Au. Физики исследовали свойства полученных наночастиц с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, просвечивающей электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и спектроскопии оптического поглощения. Оптическая спектроскопия растворов наночастиц показала значительные изменения в оптическом отклике частиц в зависимости от их структуры. Гибридные наночастицы продемонстрировали улучшенные фототермические характеристики при воздействии лазерного излучения в ближнем ИК диапазоне. Эти частицы имеют потенциальные преимущества для селективной фототермической терапии.

«Мы выяснили, что в процессе абляции MoS₂ на нем образуется оболочка оксида MoO₃ или сульфоксида MoS_xO_y. Оказалось, что оксид молибдена имеет пик поглощения в области, близкой к окну биологической прозрачности тканей, что подтолкнуло нас к дальнейшим исследованиям фотонагрева с использованием ИК-лазера с длиной волны 830 нм», — поделился Илья Мартынов, старший научный сотрудник лаборатории двумерных материалов и наноустройств Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.

Можно сказать, что разработанные наночастицы открывают путь к персонализированным терапевтическим приложениям и являются перспективными кандидатами для нанофотоники и лечения рака. Метод фемтосекундной лазерной абляции не только упрощает экологически чистый синтез гибридов на основе Au/MoS₂, но и позволяет точно настраивать оптические свойства этих наночастиц.

В исследовании принимали участие ученые из МФТИ, Института инженерной физики для биомедицины (МИФИ), Центра исследований новых технологий (XPANCEO, ОАЭ), Университета Экс-Марсель (Франция), СПбАУ РАН, СПбГУ и Сколтеха. Исследование было проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования России.