Ученые предложили новый способ, как изменить поверхность оптических волокон, чтобы предотвратить нежелательный контакт с биомолекулами в живых средах. Благодаря эффекту поверхностного плазмонного резонанса и иодониевым солям ученым удалось создать на волокнах тончайшую защитную оболочку, которая не позволяет им взаимодействовать с нежелательными веществами. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials Interfaces.

Оптические волокна — это тонкие нити из кварцевого стекла, в которых информация передается с помощью света. Они широко применяются в волоконно-оптической связи, медицине и биомедицинских технологиях.

«Такие волокна трансформируют какой-либо сигнал из окружающей среды в оптический, который легко детектировать. Поэтому сейчас оптические волокна рассматривают как потенциальный материал для создания биосенсоров, особенно для так называемой онлайн-сенсорики, когда оптическое волокно находится прямо в человеческом теле, например, для измерения концентрации сахара в крови при диабете. Концепции такого применения оптических волокон уже можно найти в современной научной литературе», — комментирует один из авторов статьи, сотрудник Томского политехнического университета Павел Постников.

Исследователи, однако, сталкиваются с проблемой: волокна очень активны и взаимодействуют с различными химическими веществами, например, белками. Те облепляют поверхность волокон и не позволяют трансформировать сигнал. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали новый метод модификации поверхности оптического волокна и сделали его биоинертным.

«Мы покрыли волокно высокогидрофобными органическими соединениями, чтобы они не взаимодействовали с белками в водных растворах», — поясняет ученый.

По его словам, авторы статьи первыми предложили использовать эффект плазмонного резонанса для разложения солей иодония. Эти соли достаточно распространены в органическом синтезе как активные реагенты для целого ряда полезных превращений, но в химии поверхностей на них обратили внимание лишь недавно.

«Для модификации волокна таким методом не требуется сложного специфического оборудования. На волокно мы напыляем тонкий слой золота, затем через него направляем свет, и под его действием в золотой пленке возбуждается плазмонный резонанс. Это приводит к разложению иодониевой соли и образованию на поверхности волокна высокоактивных частичек — органических радикалов. Они начинают атаковать поверхность волокна и создают с ней прочную ковалентную связь.

Полученный новый слой очень стабилен и не взаимодействует с другими молекулами. Это очень важное свойство для биомедицинского применения такого материала, чтобы волокно не вступало в неконтролируемые взаимодействия с биомолекулами в организме», — поясняет Павел Постников.

В отличие от других реагентов соли иодония позволяют образовать на поверхности материала строго один слой активных соединений. И если размер самого волокна составляет несколько микрон, то полученного неактивного слоя — всего 0,2 нанометра.

«Модельные эксперименты на растворах биомолекул показали, что оптическое волокно после модификации является инертным», — отмечает ученый.

Таким образом, ученые впервые использовали плазмонный резонанс для трансформации иодониевых солей в высокоактивные органические радикалы, способные взаимодействовать с поверхностью золота. Исследователь также добавляет, что этот метод может быть использован для модификации не только оптических волокон, но и наночастиц благородных металлов.

«Его можно использовать и при создании органической электроники, когда будет потребность, например, сделать поверхность устройств инертной к загрязнениям», — заключает ученый.

Исследование проводится совместно с коллегами из Университета химии и технологии (Чехия) и Университета Миннесоты Дулут (США). Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).