In een doorbraak in metamaterialen, voor het eerst ter wereld, Onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv hebben een innovatieve nanotechnologie ontwikkeld die een transparant calciet-nanodeeltje omzet in een sprankelend goudachtig deeltje. Met andere woorden, ze veranderden het transparante deeltje in een deeltje dat ondanks zijn zeer kleine afmetingen zichtbaar is. Volgens de onderzoekers kan het nieuwe materiaal dienen als platform voor innovatieve kankerbehandelingen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Geavanceerde materialen , een internationaal team van wetenschappers, gecoördineerd door Dr. Roman Noskov en Dr. Pavel Ginzburg van de Iby en Aladar Fleischman Faculteit Ingenieurswetenschappen aan de Universiteit van Tel Aviv, Prof. Dmitry Gorin van het Centrum voor Fotonica en Quantum Materialen van het Skolkovo Instituut voor Wetenschap en Technologie (Skoltech) en Dr. Evgeny Shirshin van M.V. Lomonosov Staatsuniversiteit van Moskou, heeft het concept van biovriendelijke levering van optische resonanties via een mesoscopisch metamateriaal geïntroduceerd, een materiaal met eigenschappen die niet in de natuur voorkomen. Deze benadering opent veelbelovende perspectieven voor multifunctionaliteit in biomedische systemen, waardoor het gebruik van een enkel door een ontwerper gemaakt nanodeeltje voor detectie mogelijk is, fotothermische therapie, fotoakoestische tomografie, biobeeldvorming, en gerichte medicijnafgifte.

"Dit concept is het resultaat van interdisciplinair denken op het grensvlak tussen de fysica van metamaterialen en bio-organische chemie, gericht op het voldoen aan de behoeften van nanogeneeskunde. We waren in staat om een ​​mesoscopisch submicron-metamateriaal te maken van biocompatibele componenten dat sterke Mie-resonanties laat zien die het nabij-infrarode spectrale venster bedekken waarin biologische weefsels transparant zijn, " zegt dr. Roman Noskov.

De nanostructuren die in staat zijn om licht op nanoschaal te lokaliseren en verschillende functies uit te voeren, zijn zeer wenselijk in een overvloed aan biomedische toepassingen. Echter, biocompatibiliteit is typisch een probleem, aangezien de engineering van optische eigenschappen vaak het gebruik van giftige verbindingen en chemicaliën vereist. De onderzoekers hebben dit probleem opgelost door gouden nanozaden en poreuze vateriet (calciumcarbonaat) sferulieten te gebruiken, momenteel beschouwd als veelbelovende voertuigen voor de levering van geneesmiddelen. Deze benadering omvat een controleerbare infusie van gouden nanozaden in een vaterietsteiger, wat resulteert in een mesoscopisch metamateriaal - gouden vateriet - waarvan de resonantie-eigenschappen op grote schaal kunnen worden afgestemd door de hoeveelheid goud in de vateriet te veranderen. Aanvullend, hoge laadcapaciteit van vateriet-sferulieten maakt gelijktijdig laden van zowel medicijnen als fluorescerende tags mogelijk. Om de prestaties van hun systeem te illustreren, de onderzoekers demonstreerden efficiënte laserverwarming van gouden vateriet op rode en nabij-infrarode golflengten, zeer wenselijk in fotothermische therapie, en fotoakoestische tomografie.

Prof. Pavel Ginzburg vat samen, "Dit nieuwe platform maakt het mogelijk om meerdere functionaliteiten onder te brengen - als eenvoudige add-ons die bijna op aanvraag kunnen worden geïntroduceerd. Naast optische beeldvorming en thermotherapie, MRI-zichtbaarheid, functionele biomedische materialen en vele andere modaliteiten kunnen worden geïntroduceerd in een miniatuurdeeltje op nanoschaal. Ik geloof dat onze gezamenlijke inspanningen zullen leiden tot in vivo demonstraties, die de weg vrijmaakt voor een nieuwe biomedische technologie."