Сотрудники Лаборатории нано-биоинженерии НИЯУ МИФИ опубликовали сразу 11 статей на цитируемой в базе данных Scopus издательской платформе KnowledgeE.

Издательская платформа KnowledgeE опубликовала статьи, подготовленные по материалам докладов, представленных на 2-ом Международном симпозиуме "Физика, инженерия и технологии в биомедицине", посвященном 75-летию МИФИ и организованном прошлой осенью Инженерно-физическим институтом биомедицины (ИФИБ) НИЯУ МИФИ. Сотрудники Лаборатории нано-биоинженерии (ЛНБИ) приняли активное участие в работе Симпозиума, представив 11 докладов, по материалам которых и было опубликовано 11 статей.

Тематика статей ЛНБИ отражает междисциплинарный характер как самого симпозиума, так и работы лаборатории, исследования которой ориентированы главным образом на применение достижений нанотехнологии в медицинской практике.

Опубликованные работы описывают результаты создания новых типов квантовых точек — флуоресцентных нанокристаллов, используемых в качестве оптических меток во всех биомедицинских разработках ЛНБИ; анализ их свойств и возможностей использования этих наночастиц и гибридных материалов на их основе в медицинской практике; разработку микрокапсул, кодированных квантовыми точками, в качестве диагностических и терапевтических агентов; разработку фотонных нанокристаллов для биосенсинга и других приложений.

Ведущий ученый ЛНБИ, профессор И. Р. Набиев представил обзор преимуществ квантовых точек как флуоресцентных меток по сравнению с другими используемыми для этой цели флуорофорами, используемых в ЛНБИ методов синтеза нанчастиц, придания им водорастворимости и функционализации их поверхности органическими лигандами для последующего использования в биологических и медицинских приложениях [1].

Авторы одной из работ ЛНБИ синтезировали и изучили "многооболочечные" квантовые точки, обнаружив альтернативный механизм их флуоресценции, связанный с переносом заряда от одного из внешних слоев внутрь квантовых точек [2]. Оказалось, что квантовый выход "многооболочечных" наночастиц может быть повышен практически до 100% благодаря дополнительной локализации заряда в их ядрах.

Целью другой работы ЛНБИ было получение квантовых точек с ядрами из сульфида свинца и оболочкой, оптимальной для использования in vivo, флуоресцирующих в ближней ИК-области — "окне прозрачности" биологических тканей [3]. Разработанная методика нанесения на флуоресцентные ядра квантовых точек оболочки из оксида кремния позволяет получить биосовместимые нетоксичные наночастицы, пригодные для визуализации раковых клеток в глубине ткани.

Придание биосовместимости малотоксичным и, значит, пригодным для использования in vivo квантовым точкам состава CuInS2/ZnS (ядро/оболочка) было предметом еще одной работы ЛНБИ [4]. Авторы разработали методику покрытия ядер этих наночастиц дополнительной органической оболочкой из аминов, которые легко заменить на другие органические лиганды, что обеспечивает возможность использования таких наночастиц в самом широком диапазоне биомедицинских приложений.

Использование квантовых точек для адресной доставки лекарств к опухоли с одновременной визуализацией этого процесса — очень перспективное приложение, развитие которого тормозится тушением флуоресценции наночастиц из-за фотоиндуцированного переноса электрона от ядер наночастиц к органическим молекулам лигандов, находящихся на их поверхности. В работе сотрудников ЛНБИ доказано, что этот процесс можно подавить, используя упомянутые выше "многооболочечные" квантовые точки [5].

Нанотоксичность — главная опасность при использовании квантовых точек в медицине. Авторы одной из работ ЛНБИ установили безопасную для живых клеток концентрацию наночастиц состава CdSe/ZnS и оценили характеристики флуоресценции после их поглощения моноцитами человека [6].

Один из типов тераностических агентов, над которым работают сотрудники ЛНБИ — оптически кодированные квантовыми точками микрокапсулы из полиэлектролитов. Такие капсулы могут служить контейнерами для адресной доставки противоопухолевых препаратов и их управляемого высвобождения, а оптический код — для отслеживания процесса доставки и для визуализации опухоли. В опубликованной статье представлен разработанный в ЛНБИ эффективный метод оптического кодирования микрокапсул квантовыми точками [7].

При использовании микрокапсул in vivo также возникает вопрос об их возможной токсичности для нормальных клеток из-за наличия в их оболочке квантовых точек, содержащих кадмий. Эксперименты показали, что цитотоксичность разрабатываемых в ЛНБИ микрокапсул достаточно низка, чтобы они могли применяться в клинике [8].

Наконец, были опубликованы две статьи, посвященные разработке фотонных кристаллов для их использования как в биосенсинге, так и в различных областях фотоники и оптоэлектроники. Оптимальным материалом для таких структур является пористый кремний. В одной из статей представлены результаты моделирования структуры пористого кремния, на основе которых можно подобрать условия получения фотонных кристаллов с заданными оптическими свойствами [9].

Авторы другой работы получили гибридную структуру из одномерных фотонных кристаллов на базе пористого кремния и заключенных в них квантовых точек и изучили ее оптические свойства, продемонстрировав перспективность ее использования для биосенсинга [10]. Преимущество такого гибридного материала в том, что фотонный кристалл способен значительно усиливать флуоресценцию люминофора.

В заключение, еще одна статья была посвящена получению нано-биогибридных материалов из квантовых точек и компонентов фотосинтезирующего аппарата бактерий. Такие материалы имеют большой потенциал использования в фотовольтаике, поскольку квантовые точки способны поглощать свет в широкой спектральной области и передавать энергию излучения белку, осуществляющему перенос протона через мембрану, т.е. генерацию электрического потенциала. Сотрудники ЛНБИ нашли способ регулировать эффективность безызлучательного переноса энергии от квантовых точек к фоточувствительному белку при лазерном облучении гибридного материала при различных длинах волн и мощностях [11].

Опубликованные работы наглядно продемонстрировали успех проводимых в ЛНБИ междисциплинарных исследований и перспективность их практических приложений, прежде всего в области биомедицины.

Список опубликованных работ сотрудников ЛНБИ

  1. Nabiev, I.R. (2018) Quantum dot conjugates in functional imaging and highly sensitive biochemical assays. KnE Energy & Physics, 287–291. DOI 10.18502/ken.v3i2.1824
  2. Samokhvalov, P.S., Linkov, P.A., Zvaigzne, M.A., Kosmynceva, A.V., Petrova, I.O., Krivenkov, V.A., Sukhanova, A.V., Nabiev, I.R. (2018) Optical properties of core–multishell quantum dots. KnE Energy & Physics, 449–455. DOI 10.18502/ken.v3i2.1850
  3. Zvaigzne, M.A., Martynov, I.L., Voronin, V.S., Bozrova, S.V., Vokhmincev, K.V., Goncharov, S.A., Dovzhenko, D.S., Korenkova, A.V., Samokhvalov, P.S., Nabiev, I.R., Chistyakov, A.A. (2018) Fine-tuning of silica coating procedure for preparation of biocompatible and bright PbS/SiO2 QDs. KnE Energy & Physics, 578–582. DOI 10.18502/ken.v3i2.1868
  4. Vokhmintcev, K.V., Linkov, P.A., Samokhvalov, P.S., Nabiev, I.R. (2018) Two-stage shell coating of CuInS2 quantum dots for their efficient solubilization. KnE Energy & Physics, 535–540. DOI 10.18502/ken.v3i2.1862
  5. Linkov, P.A., Vokhmintcev, K.V., Samokhvalov, P.S., Laronze-Cochard, M., Sapi, J., Nabiev, I.R. (2018) The effect of quantum dot shell structure on fluorescence quenching by acridine ligand. KnE Energy & Physics, 194–201. DOI 10.18502/ken.v3i2.1813
  6. Bozrova S.V., Baryshnikova M.A., Sokolova, Z.A., Nabiev, I.R., Sukhanova, A.V. (2018) In vitro cytotoxicity of CdSe/ZnS quantum dots and their interaction with biological systems. KnE Energy & Physics, 58–63. DOI 10.18502/ken.v3i2.1792
  7. Nifontova, G.O., Sukhanova, A.V., Samokhvalov, P.S., Nabiev, I.R. (2018) Efficient encoding of matrix microparticles with nanocrystals for fluorescent polyelectrolyte microcapsules development. KnE Energy & Physics, 305–310. DOI 10.18502/ken.v3i2.1827
  8. Nifontova, G.O., Baryshnikova M.B., Bozrova S.V., Sokolova, Z.A., Nabiev, I.R., Sukhanova, A.V. (2018) Cytotoxicity of polyelectrolyte microcapsules encoded with semiconductor nanocrystals. KnE Energy & Physics, 299–304. DOI 10.18502/ken.v3i2.1826
  9. Dovzhenko, D.S., Chistyakov, A.A., Nabiev, I.R. (2018) Modeling and optimization of the porous silicon photonic structures. KnE Energy & Physics, 75–81. DOI 10.18502/ken.v3i2.1795
  10. Dovzhenko, D.S., Chistyakov, A.A., Nabiev, I.R. (2018) Porous silicon photonic crystal as a substrate for high efficiency biosensing. KnE Energy & Physics, 69–74. DOI 10.18502/ken.v3i2.1794
  11. Krivenkov, V.A., Samokhvalov, P.S., Chistyakov, A.A., Nabiev, I.R. (2018) Laser irradiation as a tool to control the resonance energy transfer in bacteriorhodopsin–quantum dot bio–nano hybrid material. KnE Energy & Physics, 168–174. DOI 10.18502/ken.v3i2.1809

Контакт:

Директор по внешним связям ЛНБИ М. Г. Коренкова (MGKorenkova@mephi.ru)

Лаборатория нано-биоинженерии, Национальный Исследовательский Ядерный Университет "МИФИ", 115409 Российская Федерация, Москва, Каширское шоссе, д. 31.
www.lnbe.mephi.ru

 
 
 
© 2012 Laboratory of Nano-BioEngineering