Ученые разработали люминесцентный материал на основе редкоземельных элементов, который светится при воздействии глубокого инфракрасного излучения и позволяет визуализировать глубинные ткани организма без механических повреждений и рентгеновских исследований.
Российские химики совместно с коллегами из Китая и Узбекистана создали новый люминесцентный материал, который способен «подсвечивать» процессы в глубоких тканях организма. Это соединение реагирует на инфракрасное излучение ранее недоступного диапазона и может быть использовано для более точной медицинской диагностики. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society.
В исследовании участвовали сотрудники новосибирского Института неорганической химии имени Николаева СО РАН (основной разработчик), Университета ИТМО (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета, Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета, Национального научного центра морской биологии имени Жирмунского ДВО РАН (Владивосток), Даляньского политехнического университета, Шанхайского университета и Университета «Новый Узбекистан».
Материал был создан на основе металлорганического каркаса с ионами редкоземельных металлов иттербия (Yb), тербия (Tb) и европия (Eu). Он преобразует инфракрасное излучение в видимое свечение, которое фиксируется специальными детекторами. Подобный подход позволяет отслеживать движение лекарств, определять границы опухолей и наблюдать за функционированием органов и систем в реальном времени.
Почему существующие методы не подходят для глубинных тканей
В настоящее время в биомедицине используются светящиеся наночастицы, которые активируются инфракрасным светом с длиной волны около 980 нм. Однако такие материалы нестабильны, сложны в производстве и не позволяют проникнуть достаточно глубоко в ткани без риска повреждений.
Новая разработка реагирует на излучение с длиной волны около 1960 нм — оно проникает в организм значительно глубже. При этом материал остается нетоксичным и устойчивым к длительному облучению, что открывает новые возможности для продолжительных наблюдений за биологическими процессами.
Как работает новая люминесцентная система
Иттербий в составе соединения выполняет функцию «антенны», улавливающей инфракрасный свет и передающей энергию тербию, который создает яркое зеленое свечение. Часть энергии затем передается европию, обеспечивая красное излучение и расширяя спектр. Такая «семафорная» комбинация позволяет настраивать цвет и интенсивность свечения изменением пропорций компонентов материала.
Безопасность соединения была проверена на рыбках данио-рерио: микрочастицы вводили в желудок животных и подтвердили отсутствие токсичности. Частицы ярко светились при воздействии как стандартного, так и глубокого инфракрасного света, что подтвердило пригодность материала для решения биомедицинских задач.
