Нанокристали від українських учених допомагають вивчати клітини

Світова наука поступово опановує новий рубіж – мікрооб’єкти, наприклад, клітини живих організмів. Вивчати їх складно, адже їх важко побачити навіть у мікроскоп. Українські вчені працюють над рішенням цієї проблеми і залучають для цього нанодисперсні матеріали, які мають унікальні властивості. Одними з найцікавіших серед них є люмінесцентні нанокристали й наноструктуровані композиційні матеріали. Створенням і дослідженням цих матеріалів займаються науковці лабораторії фізики люмінесцентних та сцинтиляційних матеріалів Інституту сцинтиляційних матеріалів (ІСМА) НАН України, розташованого в Харкові.

Сьогодні широко використовуються об’ємні наноматеріали, і перехід до нанодисперсних матеріалів відкриває нові можливості для їхнього застосування. Неорганічні нанокристали, наприклад, зарекомендували себе в ролі ефективних матеріалів для люмінесцентної, дисплейної та лазерної техніки. Крім того, на їхній основі створюють різноманітні сенсори.

Але одним з найбільш перспективних напрямів використання цих нанокристалів є застосування в медицині. Їх можна використовувати як потенційні люмінесцентні мітки й зонди. Науковці нещодавно також виявили, що деякі наночастинки здатні впливати на метаболізм у живій клітині. Наприклад, введення в клітину наночастинок діоксиду церію знижує в ній концентрацію активних форм кисню. Останні у вигляді гідроксил-радикалів, супероксид-аніону й перекису водню є одними з найпоширеніших продуктів клітинного метаболізму та ключовим посередником при передачі сигналів усередині клітини. Проте понаднормове зростання концентрації активної форми кисню може руйнувати клітину, окислюючи її елементи.

Для захисту від цього у клітині існують механізми стеження за концентрацією активної форми кисню. При цьому переважна більшість хімічних антиоксидантів, які існують у вигляді органічних молекул, у процесі виконання своєї функції руйнуються, адже не здатні до регенерації. А ось нанокристали діоксиду церію CeO2 можуть відновлювати свої властивості. Це суттєво відрізняє ці нанокристали CeO2 від хімічних антиоксидантів. Інші наночастинки використовуються виключно як пасивні наноконтейнери для доставки лікарських засобів усередину живих клітин. А нанокристали CeO2 з постійною регенерацією самі спроможні впливати на окиснювальні процеси на клітинному рівні.

Українські вчені провели ряд експериментів та довели, що антиоксидантні властивості нанокристалів CeO2 можна контролювати за допомогою методів оптичної спектроскопії. Науковці інституту встановили, що нанокристали CeO2 не мають власної люмінесценції, однак при взаємодії з активними формами кисню набувають люмінесценції іонів Ce3+, інтенсивність якої змінюється залежно від кількості активної форми кисню. Це відкриває широкі можливості дослідження нейтралізації активного кисню як у модельних системах, так і при введенні таких наночастинок до живих клітин.

Окрім цього, дослідники ІСМА вже кілька років займаються розробкою люмінесцентних композитних матеріалів на основі нанопористих ксерогелей SiO2. Їх синтезують за допомогою золь-гель методу, тому їх називають також золь-гель матрицями. Ці матриці є простими у виготовленні, хімічно стабільними, не потребують додаткової механічної обробки, мають широкий діапазон прозорості. До того ж розмір і форму кінцевого виробу можна досить легко змінювати. Висока пористість золь-гель матриць дає змогу вводити в них різні добавки – люмінофори, барвники, неорганічні квантові точки й органічні сцинтилятори. Завдяки цьому вченим лабораторії вдалося створити нові композитні люмінесцентні і сцинтиляційні матеріали із заданими характеристиками, призначених для різних технічних застосувань.

За матеріалами: НАН України