Wetenschappers van ITMO University hebben een productiemethode ontwikkeld voor bio-integreerbare nanodeeltjes die via warmte kunnen worden gecontroleerd. Met lichte bestraling, deze deeltjes veranderen niet alleen hun vorm, maar hun kleur, te. Deze ontdekking zal gunstig zijn voor de ontwikkeling van niet-invasieve biosensoren, signaal systemen, en niet-giftige kleurstoffen. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Volgens de auteurs van de studie, de kwestie van gecontroleerde nanomaterialen is al een tijdje opgelost, maar de bestaande systemen zijn nogal giftig voor levende organismen, waardoor hun toepassingsgebied in de geneeskunde en biologie wordt beperkt. Onderzoekers van de ITMO University, echter, erin geslaagd een volledig biocompatibel materiaal te produceren met controleerbare eigenschappen.

"De nanodeeltjes zijn samengesteld uit siliciumkernen en biopolymeerschillen. De stoffen waaruit de omhulsels bestaan, hebben verschillende hydrofobe/hydrofiele eigenschappen, d.w.z. de manier waarop hun moleculen reageren op water. We konden dat gebruiken om de deeltjes te laten samentrekken of uitzetten, afhankelijk van externe factoren, " legt Anna Nikitina uit, een medewerker van het Infochemie Wetenschappelijk Centrum van ITMO.

De nanodeeltjes veranderen onder invloed van warmte zowel van vorm als van kleur. Ze kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, het uitvoeren van niet-invasieve lokale temperatuurmetingen in biologische weefsels of het ontwerpen van sensorsystemen die in staat zijn interne processen in levende organismen te analyseren. De nieuwe regelbare systemen kunnen ook worden gebruikt om thermo- en lichtgestuurde kleurstoffen te maken, vergelijkbaar met vloeibaar-kristalmodulatoren die worden gebruikt in holografie en lithografie. Veranderingen in de kleur van de deeltjes treden uitsluitend op als gevolg van structurele transformaties.

"Onze gecontroleerde deeltjes kunnen gegevens verzamelen vanuit een organisme zonder dat er extra complexe apparaten zoals ultragevoelige spectrale sensoren nodig zijn. Een eenvoudige kleurverandering stelt ons in staat om eenvoudig in realtime te volgen wat er met het deeltje gebeurt. De technologie is multifunctioneel, ook:elk deeltje kan meerdere keren worden in- en uitgeschakeld, " zegt Valentin Milichko, een medewerker van de ITMO University's School of Physics and Engineering.

De onderzoekers hebben deze gecontroleerde systemen drie jaar ontwikkeld, waarbij ze experimenteerden met verschillende afmetingen en ruimtelijke kenmerken van de nanodeeltjes, evenals gezocht naar polymeren die de gewenste prestatie zouden vertonen. Voor nu, de efficiëntie van het systeem is alleen onder laboratoriumomstandigheden bevestigd. De volgende stap in het onderzoek zal in vitro testen zijn.