Новый люминофор ускорит диагностику заболеваний

Ученые СПбГУ и Университета «Сириус» вместе с финскими коллегами из Лаппеенрантского технологического университета синтезировали новые люминесцентные наночастицы на основе фторидов иттрия и европия с добавлением ионов гадолиния. Полученное учеными вещество светится ярче предшественников, и его можно применять в диагностике заболеваний.

Люминофоры — это вещества, способные преобразовывать поглощаемую ими энергию в световое излучение. Они могут светиться под действием ультрафиолета, электромагнитного поля или другого возмущения. Благодаря этому качеству их используют в лампах и светодиодах, красках, пигментах и в качестве контраста при проведения медицинских исследований.

В последнее время внимание ученых привлекают нанокристаллические неорганические люминофоры на основе соединений редкоземельных элементов. Часто используют соединение NaYF4 — материал практически не уменьшает свечение внедренных ионов.

Специалисты Санкт-Петербургского государственного университета заместили ионы иттрия (Y) ионами европия (Eu) и гадолиния (Gd) и оценили их влияние на размер наночастиц, а также люминесцентные свойства вещества.

Выяснилось, что оптимальная концентрация европия в соединении — 30%. Это количество вещества позволяет добиться максимально яркого свечения. Но его интенсивность можно увеличить, дополнительно заместив небольшое количество ионов иттрия гадолинием — при этом концентрация европия должна оставаться прежней. Сами ионы гадолиния почти не светятся, но заметно увеличивают яркость полученного вещества.

«Мы выяснили, что добавка всего одного процента гадолиния увеличивает интенсивность люминесценции в 2,5 раза. У лантаноидов, к которым относятся три использованных редкоземельных материала, понижение симметрии приводит к увеличению люминесцентных свойств. По-видимому, замещение ионов иттрия более крупными ионами гадолиния вызывает структурные дефекты, которые и понижают симметрию, а значит, увеличивают интенсивность люминесценции, поэтому вещество светится ярче», — рассказал один из авторов исследования, доцент кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ Андрей Мерещенко.

Кроме того, замещение ионов иттрия гадолинием и европием приводит к уменьшению размера полученных частиц — это важно при использовании люминофора в диагностических целях.


«Мы полагаем, что уменьшение размера частиц связано со скоростью роста кристаллов. Ионы гадолиния и европия имеют больший радиус, чем ионы иттрия. Поэтому поверхностная плотность положительного заряда у частиц, содержащих европий и гадолиний, ниже. По этой причине заряженные фторид-ионы слабее притягиваются к таким частицам, и они растут медленнее», — пояснил Андрей Мерещенко.

Наночастицы на основе NaYF4 с добавкой других редкоземельных ионов обладают низкой токсичностью и способны проникать в ткани за счет маленького размера, что делает удобным их использование в медицинских целях. Гадолиний с его магнитными свойствами применяется при создания контрастных веществ для МРТ, а люминесцентные наночастицы, содержащие ионы европия, используют для исследования тканей с помощью люминесцентной микроскопии.

С новым люминофором можно одновременно проводить два вида диагностики — с помощью света и магнитного поля, — что повысит эффективность поиска заболеваний и ускорит процесс. Для этого ученым нужно модифицировать частицы, сделав их чувствительными к определенным вирусам или клеткам .

«Можно взять образцы клеток или тканей и исследовать их с помощью люминесцентного микроскопа: европий подсветит те места, куда пришли “настроенные” на поиск раковой опухоли частицы. А использование МРТ позволит в живом организме выявить опухоль, поскольку в ней будут скапливаться наночастицы, содержащие магнитные ионы гадолиния. Получается, что введение одного функционального элемента дает возможность провести сразу два независимых исследования — это практическое применение нашего вещества», — подытожил Андрей Мерещенко.

• #Химия