Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Зависимость положения полос ППР пластинок – мод дипольного (ППР-I) и квадрупольных (ППР-II, ППР-III) резонансов – от объемной доли затравочного раствора. На вставке – фотография, демонстрирующая цвет золей НЧС, полученных с использованием различной доли затравочного раствора (а). ПЭМ-изображение типичного образца (объемная доля затравок – 19% (б).
РЭМ-изображение агрегатов НЧС на поверхности эритроцита.
Суспензия эритроцитов в буфере Алена, нанесенная на предметное стекло (слева) и на наноструктурированные покрытия с отдельными серебряными кольцами. Карты (средний ряд изображений) визуализируют положение эритроцитов на каждом из типов подложек, соответственно, с течением времени: 10 (красные точки), 15 (зеленые), 20 (синие) и 25 мин (фиолетовые). На диаграмме со статистическими данными цвет столбцов соответствует цветам на картам, белым цветом обозначены коэффициенты вариации (CV) количества клеток. Внизу справа показана модель эритроцита, расположенного на наноструктурированной серебряной стенке кольца. На вставке показано увеличенное изображение примембранной структуры эритроцита, иллюстрирующее расположение серебряных стенок в непосредственной близости к примембранному гемоглобину.
РЭМ- (а, б, в) и ПЭМВР-изображения (г, д) иехархической структуры наноструктурированных покрытий на основе серебра, полученных методом аэрозольного осаждения. На вставке (г) – электронная дифракция НЧС. ПЭМВР-изображение области между НЧС в пористой матрице (д). Стрелками обозначены НЧС (г, д).
Типичные КР- и ГКР-спектры эритроцитов, теней эритроцитов и изолированного гемоглобина (Гб). Для регистрации спектров КР в качестве подложек использовали предметное стекло, ГКР – наноструктурированные покрытия на основе серебра. Цветом обозначены характеристические колебания различных связей порфиринового комплекса железа (лазер 514 нм).
Обложка журнала.

Вижу кровь насквозь!

Ключевые слова:  ГКР, наноматериалы, серебро, эритроциты

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

22 октября 2012

О серебре и, особенно, «наносеребре» не писал только ленивый. И деньги из серебра делали, и «святую воду» держали в серебряных кувшинах, и плесень с бактериями травили наночастицами... Пожалуй, эти факты стали уже почти что классическими... И даже, как мы писали, кровь мексиканских мышей - вампиров не подвергается лизису на наноструктурированных серебряных подложках. Правда, указанное сообщение было датировано 1 апреля, и не случайно... Однако, в каждой шутке есть доля шутки и серебро, правда, может помочь разобраться с кровью. Но не в отношении борьбы с мифическими вампирами, а, уже без шуток, с самой прагматической целью – для создания будущей высокочувствительной биомедицинской диагностики на живых клетках, без их разрушения, возможно, даже на единичных клетках. И это, вероятно, самая интересная и удивительная область применения серебра, требующая именно наночастиц или наноструктур с плазмонным резонансом.

В последнее время разработка новых способов синтеза наночастиц для важнейших биомедицинских приложений, таких как диагностика, визуализация, терапия и доставка лекарств действительно является одним из перспективных направлений современных исследований. Из всех возможных и вполне естественных применений наночастиц и наноструктур на основе серебра самой востребованной является спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). В последние два года количество статей в этом направлении нарастает просто лавинообразно и ГКР начинает рассматриваться как универсальный метод анализа биологических молекул. К основным преимуществам метода относят высокую чувствительность, качественное определение молекул по характеристическим спектрам, простоту пробоподготовки, уникальную возможность усиления сигнала комбинационного рассеяния (КР) до 10^14 раз. Одной из последних тенденций является анализ живых клеток с помощью ГКР-спектроскопии. В этом случае возникает ряд существенных и пока еще не вполне решенных проблем, связанных с поиском эффективных, неинвазивных и воспроизводимых методов исследования, обладающих высокой селективностью и информативностью. В основе метода ГКР лежит эффект плазмонного резонанса, которым обладают наночастицы (НЧ) металлов (например, Ag, Au, Pt) и наноструктурированные материалы на основе ряда металлов, поэтому ключевыми в данной проблеме являются материаловедческие аспекты, то есть, собственно, создание новых ГКР-активных наноматериалов для исследования биомолекул в составе живых клеток.

Серебро является самым востребованным металлом для плазмоники и метода ГКР, поскольку оно имеет большую интенсивность полосы поверхностного плазмонного резонанса (ППР) и обладает высоким коэффициентом экстинкции в максимуме этой полосы. Положение полосы ППР наночастиц серебра можно варьировать в широких пределах от видимой до ближней инфракрасной области путем изменения морфологии и размера частиц, создания их агрегатов и более сложных наноструктур. Контролируемое изменение параметров позволяет «настраивать» НЧ для конкретных задач практического применения, поэтому, с точки зрения химии, ключевую роль играет разработка новых методов синтеза НЧС и наноструктур на их основе с заданными геометрическими параметрами, агрегатной структурой и, соответственно, требуемыми оптическими свойствами.

В последней работе аспирантов и сотрудников Московского Университета, опубликованной в J. Mater. Chem. были получены золи наночастиц серебра, не содержащие органических молекул, поверхностно-активных веществ и стабилизаторов. В предложенном методе используются хорошо известные особенности химии серебра. Образование НЧС может быть описано протеканием следующих реакций: 1) осаждение оксида серебра (I): 2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + 2NaNO3 + H2O, 2) получение аммиачного комплекса: Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2]OH, 3) разложение комплекса при нагревании: [Ag(NH3)2]OH ↔ Ag+ + 2NH3 + OH-, 3Ag+ + NH3 + 3OH- =3Ag + ½ N2 + 3H2O. Для создания ГКР-активных материалов был предложен метод разложения [Ag(NH3)2]OH непосредственно на подложках, нагретых до 200 – 270оС с использованием аэрозольного осаждения. Микроструктура наноструктрированных пленок характеризуется наличием типичных элементов в форме пересекающихся концентрических колец, состоящих из металлического серебра. Сложная морфология наноструктурированных пленок серебра обусловлена описанным в литературе эффектом «кофейных колец», который заключается в том, что при высыхании капли частицы располагаются не равномерно по поверхности твердого тела, а концентрируются у границ. В процессе высыхания капиллярный поток, направленный от центра капли к ее границам, переносит взвешенные частицы к краю капли. В ходе испарения концентрация частиц вдоль исходной границы капли растет. Как только образовавшиеся наночастицы перемещаются к границе капли, они формируют неплотно упакованные квазисимметричные структуры вблизи границы кольца. В результате образуется пленка из пересекающихся серебряных колец.

Согласно данным ПЭМ и электронной дифракции, условия получения, такие как температура и время аэрозольного осаждения, играют важную роль в процессе образования наноструктур. При низких температурах (60 оС) образуются кольца, состоящие из не полностью разложившегося Ag2O. Микроструктура таких образцов характеризуется наличием стенок, состоящих из Ag2O и имеющих пористую структуру с относительно небольшим количеством НЧС размером 3 – 30 нм. Электронная дифракция демонстрирует наличие, по крайней мере, двух фаз, включая металлическое серебро и оксид серебра (I). При высоких температурах (270 оС) формируется матрица в виде пористой серебряной структуры («серебряная губка») с включенными в нее «кунжутными зернами».

Такие подложки в течение всего времени съемки спектра с использованием малоинтенсивного лазерного излучения, не повреждающего клетки, сохраняют количество клеток постоянным, то есть с ними не взаимодейстуют убийственно. Кроме того, шероховатые наноструктурированные подложки позволяют иммобилизовать эритроциты, в то время как гладкие стеклянные подложки без нанесенного серебра не могут предотвратить случайных перемещений красных кровяных телец, обусловленных броуновским движением. Эти наблюдения позволяют утверждать, что сигнал ГКР от эритроцитов в случае использования наноструктурированных подложек регистрируется от гемоглобина, находящегося внутри клеток, т.к. число клеток остается постоянным в течение эксперимента и на подложках не происходит разрушения клеток с высвобождением гемоглобина. Иными словами, между наноструктурами серебра и молекулами гемоглобина не возникает прямого контакта: они находятся на расстоянии, равном толщине мембраны (порядка 10 нм). Лазерное излучение с оптимально подобранной мощностью (~0.2 мВт) позволяет сохранить эритроциты в живом состоянии. Если условия получения подложек были фиксированы, то наблюдается хорошая воспроизводимость спектров (~85%). ГКР-исследования изолированного гемоглобина и теней (оболочек) эритроцитов в присутствии наноструктурированных покрытий на основе металлического серебра показали, что ГКР-спектры отвечают колебаниям мембрано – связанного гемоглобина (с внутренней стороны мембраны живого эритроцита).

В случае биомолекул, расположенных внутри клеток, физического контакта между НЧ и аналитом не происходит, в связи с чем доминирующее влияние на механизм усиления КР-сигнала оказывает увеличение локального электромагнитного поля на наноструктурах серебра. Поверхность плазматической мембраны эритроцитов не содержит каких-либо микроворсинок и не покрыта толстым слоем гликокаликса, таким образом, наноструктурные элементы подложки напрямую соприкасаются с плазматической мембраной. И именно полученная “странная” иерархическая структура “кольчужных” пленок серебра является, скорее всего, первопричиной успеха, впервые достигнутого смешанным молодежным коллективом химиков, материаловедов и биологов МГУ.

Дополнительные ссылки:

Работа выполнена при поддержке Программы Развития МГУ им. М.В.Ломоносова.





Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Микроэмо
Микроэмо

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.