Ученые Университета ИТМО научились создавать биоинтегрируемые наночастицы, которыми можно управлять с помощью нагревания. При облучении светом они меняют не только свою форму, но и цвет. Открытие поможет в разработке неинвазивных биосенсоров, сигнальных систем, а также нетоксичных красителей.

Результаты исследования опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

По словам авторов проекта, концепт управляемых наноматериалов решен уже давно. Однако существующие системы достаточно токсичны для живых организмов, что ограничивает область их применения в медицине и биологии. Ученым ИТМО же удалось создать полностью биосовместимый материал, свойствами которого можно управлять.

«Полученные наночастицы представляют собой комплекс из кремниевого ядра и биополимерной оболочки. Входящие в состав оболочки вещества обладают разными показателями гидрофобности/гидрофильности — разной интенсивностью взаимодействия молекулы с водой. Благодаря этому удалось добиться эффекта расширения и сжатия конечной частички в зависимости от воздействующих на них факторов», – объясняет сотрудник научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Анна Никитина.

При термическом воздействии созданные наночастицы изменяют не только размер, но и цвет. Их можно использовать, например, для неинвазивного измерения локальной температуры в биологических тканях или для создания сенсорных систем, позволяющих анализировать внутренние процессы в организме. Также на основе новых управляемых систем можно создавать термо- и светоуправляемые красители — по типу жидкокристаллических модуляторов, применяемых в голографии или литографии. Изменение цвета частиц происходит исключительно за счет структурных преобразований.

«Наши управляемые частицы смогут собирать информацию изнутри организма без привлечения дополнительных сложных устройств вроде сверхчувствительных спектральных сенсоров. Простое изменение цвета позволяет легко анализировать, что происходит с частичкой в режиме реального времени. При этом комплекс еще и многоразовый: частичка способна включаться и выключаться несколько раз», – рассказывает сотрудник физического факультета ИТМО Валентин Миличко.

Разработкой управляемых систем ученые занимаются три года. Они варьировали размеры и пространственные характеристики наночастиц, а также искали именно те полимеры, которые будут работать в этих ансамблях заданным образом. Пока эффективность систем подтверждена только в лабораторных условиях. Теперь предстоит проверить все на этапе in vitro.