Nanostaafjes gemaakt van bismutsulfide doden tumorcellen met warmte wanneer ze worden bestraald met nabij-infrarood licht (NIR). Chinese wetenschappers maken deze wapens nu krachtiger door de defecte toestand van het nanorod-kristalrooster te hermodelleren door gouden nanodots toe te voegen. Zoals gerapporteerd in het journaal Angewandte Chemie , dit zou een goede basis kunnen zijn voor een effectievere fotothermische behandeling van tumoren.

Bij fotothermische therapie, een middel wordt in een tumor ingebracht en vervolgens wordt het gebied bestraald met NIR-licht, een golflengte die ver in het weefsel doordringt zonder schade aan te richten. Het middel absorbeert het NIR-licht en zet het om in warmte. De lokale oververhitting doodt de tumorcellen terwijl gezond weefsel wordt beschermd. Ideaal, het fotothermische middel kan tegelijkertijd fungeren als contrastmiddel voor diagnostische beeldvorming, zoals computertomografie (CT), waarmee de tumor kan worden gelokaliseerd.

Nanomaterialen gemaakt van het halfgeleider bismutsulfide (Bi ₂ S ₃ ) zijn zeer geschikt voor deze baan. Onderzoekers werken met Haiyuan Zhang aan de Chinese Academie van Wetenschappen (Changchun, Jilin, China) hebben nu de mechanismen kunnen ophelderen die ten grondslag liggen aan de fotothermische eigenschappen van deze materialen. Voortbouwend op deze kennis, ze hebben de fotothermische prestaties van bismutsulfide-nanostaafjes kunnen verbeteren door gouden nanodots aan hun oppervlak toe te voegen.

In simpele termen, het werkt als volgt:in halfgeleiders, licht kan negatief geladen elektronen zodanig opwekken dat ze naar een hoger energieniveau springen dat de geleidingsband wordt genoemd. Dit laat positief geladen "gaten" achter. Bij recombinatie van de elektronen en gaten komt energie vrij, die wordt overgebracht naar het kristalrooster, waardoor het gaat trillen. Deze trillingsenergie komt als warmte vrij in de omgeving. Bepaalde gebreken, bekend als diepe defecten, in het kristalrooster bevorderen dit type elektron-gat-recombinatie.

in Bi ₂ S ₃ nanomaterialen, die worden gesynthetiseerd in een overmaat aan Bi en een tekort aan S, het rooster zal locaties hebben met ontbrekende zwavelatomen of plaatsen waar een Bi een S vervangt. Beide kunnen fungeren als diepe defecten. Verhoging van het aantal diepe defecten of verhoogde introductie van elektronen naar deze diepe defecten zou de fotothermische werkzaamheid van Bi . kunnen verhogen ₂ S ₃ nanomaterialen. Hier spelen de goudatomen een rol. Goudatomen binden zwavelatomen en houden ze uit hun roosterposities. Dit resulteert in meer defecten. In aanvulling, de contactpunten tussen de Bi ₂ S ₃ en goud geeft de aangeslagen elektronen een energieniveau waardoor ze gemakkelijker kunnen terugkeren naar het energieniveau waar er substitutiefouten zijn, waardoor de elektronen gemakkelijker in de diepe "val" van het defect kunnen vallen.

De nanostaafjes zijn goed zichtbaar als contrastmiddel in CT-scans van tumoren bij muizen, omdat ze bij voorkeur aggregeren in tumorcellen. Remming van tumorgroei met de gouden versie van de nanostaafjes onder bestraling met NIR was significant verhoogd ten opzichte van goudvrije nanostaafjes. Na veertien dagen behandeling van de muizen, sommige tumoren waren volledig verdwenen. Er werden geen toxische bijwerkingen of schade waargenomen in het omringende weefsel.