Ваш браузер безнадежно устарел, для работы с порталом его необходимо обновить или установить любой другой современный браузер.
iexplorerfirefoxoperachromesafari

Сотрудники ЛНБИ НИЯУ МИФИ опубликовали 11 статей на цитируемой в базе данных Scopus издательской платформе KnowledgeE

16
май
2018

Издательская платформа KnowledgeE опубликовала статьи, подготовленные по материалам докладов, представленных на втором 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 были опубликованы статьи.

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.

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. 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. 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. 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.

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.

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.

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.

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.

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. 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.

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. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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

18