Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка метода синтеза наноразмерных ассоциированных гибридов для создания люминесцентных маркеров медико-биологического применения

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
люминесценция, редкоземельные ионы, наноплазмоника, сенсоры, локализованный плазмонный резонанс, наночастицы, гибрид, au, ag

Цель проекта:
Целью данного прикладного научного исследования является создание специализированных наноразмерных ассоциированных гибридов для организации производства люминесцентных маркеров нового типа медико-биологического применения. На основе разработанных в результате выполнения проекта новых наноматериалов будут созданы новые медицинские препараты и приборы экспресс-диагностики широкого круга заболеваний на ранней стадии их развития. Научно-техническая задача: исследование процессов формирования фотостабильных кристаллических наноразмерных ассоциированных гибридов, состоящих из люминесцентных наночастиц, в том числе ап-конверсионных, и металлических наночастиц (золото, серебро), обладающих плазмонным резонансом.

Основные планируемые результаты проекта:
Основными результатами проекта должны стать разработка научных основ и методики синтеза фотостабильных кристаллических наноразмерных ассоциированных гибридов, состоящих из люминесцентных наночастиц и металлических наночастиц, обладающих плазмонным резонансом. Такие наноразмерные ассоциированные гибриды могут использоваться для создания люминесцентных маркеров пригодных для диагностических целей в практике гистологических и цитологических исследований. Основным преимуществом наноразмерных ассоциированных гибридов по сравнению с обычными люминесцентными наночастицами является более интенсивная люминесценция. Усиление люминесценции достигается за счет входящих в состав наноразмерных ассоциированных гибридов металлических наночастиц, обладающих плазмонным резонансом.
Все ожидаемые результаты ПНИ могут быть использованы для проведения дальнейших опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание нового класса люминесцентных маркеров биологического применения, позволяющих решать задачи медицинской диагностики.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Наноразмерный ассоциированный гибрид представляет собой наночастицы, каждая из которых содержит кристаллическую люминесцентную частицу на основе оксида, активированного ионами редкоземельных металлов, и металлическую часть, состоящую из благородных металлов: золото и серебро. Наноразмерные благородные металлы за счет плазмонного резонанса способны усиливать эффективность свечения люминесцентных наночастиц, что увеличивает как область применения, так и эффективность ассоциированных гибридов по сравнению с классическими люминесцентными наночастицами. Так, например, использование ассоциированных гибридов в качестве люминесцентных меток в медицине и биологии позволит увеличить обнаружительную способность в глубине тканей и биоматериалов.
Новизна выбранного способа решения поставленной задачи определяется тем, что при решении поставленных задач предлагается формирование принципиально новых наноструктурированных материалов на основе двух различных фаз, каждая из которых обладает своими уникальными функциональными свойствами. Ассоциация этих фаз позволит получить новый материал, обладающий не просто суммой свойств двух материалов, а демонстрирующий новые оригинальные свойства за счет взаимодействия наноматериалов друг с другом. Так, в настоящей работе ожидается эффект усиления интенсивности свечения люминесцентных меток за счет плазмонных резонансов металлических наночастиц, входящих в состав ассоциированного гибрида. В настоящее время усиление оптических явлений, таких как люминесценция и комбинационное рассеяние света на металлических наночастицах активно изучается, что подтверждается большим количеством публикаций в высокорейтинговых международных научных журналах. В основе этих исследований, как правило, лежит изучение материалов, сорбированных на подложке с наночастицами. Принципиально новый подход предлагается реализовать в настоящем проекте: синтез ассоциированного гибрида, в котором каждая наночастица представляет собой двухфазную объединенную частицу.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Научно-технические результаты работ по проекту позволят создать основы для разработки нового класса нанометок (фотостабильных кристаллических наноразмерных ассоциированных гибридов), отличающихся большой площадью поверхности. На ней можно расположить большое количество различных функциональных групп, обеспечивающих связывание с антителами. Таким образом, создаются «умные» наночастицы под различные задачи диагностики и терапии. Разрабатываемые ассоциированные гибридные метки конкурентоспособны с аналогами по таким критериям, как чувствительность, стабильность, высокий квантовый выход и возможность многоразового использования. Ассоциированные гибридные метки излучают в ИК диапазоне длин волн, что позволяет наиболее глубоко проникать в биологические ткани, а значит, данные метки могут использоваться для получения изображения очага поражения in-vivo, т.е. в методах флуоресцентной томографии (fluorescence imaging).
Стадия коммерциализации подразумевает непосредственное превращение научного результата в рыночный продукт. Стадия коммерциализации может быть осуществлена на базе научно-производственного предприятия ООО «Аналитприбор». Стадия коммерциализации будет включать в себя сбор маркетинговых данных, налаживание связей с деловыми партнерами, поиск источников финансирования, освоение выпуска продукции, переход к массовому выпуску и получение первой прибыли от продаж продукции. Предполагаемая длительность стадии коммерциализации – 5-7 лет.

Текущие результаты проекта:
Проведена разработка методик синтеза следующих экспериментальных образцов: металлорганических кластерных соединений – прекурсоров для синтеза наночастиц; неорганических люминесцентных наночастиц; наночастиц благородных металлов лазерно-индуцированным методом; наночастиц благородных металлов прямым лазерным методом. При разработке методики синтеза металлорганических кластерных соединений – прекурсоров для синтеза наночастиц проведен сравнительный анализ возможных методов синтеза экспериментальных образцов металлорганических кластерных соединений – прекурсоров для синтеза наночастиц и установлено, что в качестве базового подхода необходимо использовать метод самосборки. При разработке методики синтеза неорганических люминесцентных наночастиц за основу был выбран метод Печини как наиболее перспективный для решения поставленной задачи ― синтеза наноразмерных слабо агломерированных люминесцентных частиц. Синтез наночастиц благородных металлов разрабатывался на основе подходов, использующих лазерное излучение, а именно – лазерно-индуцированный синтез и прямой лазерный синтез. По разработанным методикам синтеза синтезированы:
- экспериментальные образцы металлорганических кластерных соединений – прекурсоров для синтеза наночастиц удовлетворительной чистоты, с высокими выходами в виде кристаллических порошков, в количествах не менее 50 мг, с наличием комбинации ионов Au(I)-Ag(I) или Au(I)-Cu(I), с содержанием ионов металлов не менее 10 ат.%, с полосами поглощения в диапазоне от 250 до 450 нм, и с полосами люминесценции от 450 до 950 нм;
- экспериментальные образцы алюмоиттриевого граната, легированного европием, ванадата иттрия, легированного европием и ванадата иттрия, легированного неодимом Y3Al5O12: Eu+3, YVO4: Eu+3, YVO4: Nd+3;
- экспериментальные образцы наночастиц благородных металлов лазерно-индуцированным методом - гибридные структуры, которые представляют собой углеродную матрицу, в которую внедрены гетеорометаллические Au-Ag наночастицы. Металлические кластеры размером 3-5 нм стохастически распределены в углеродной матрице, размер матрицы может варьироваться в широких пределах от 20 до 300 нм в зависимости от условий эксперимента;
- экспериментальные образцы наночастиц серебра прямым лазерным методом из растворов различного компонентного состава – аммиачно-спиртовые и водные растворы с различными концентрациями и добавками-стабилизаторами.
Кроме того разработаны методики исследования физико-химических и функциональных свойств полученных экспериментальных образцов.
Об аналогичных разработках в мире на сегодняшний день не известно.