Химики синтезировали светящиеся кольца, трубки и «деревья» из наночастиц сульфида серебра

Ученые получили квантовые точки — наночастицы на основе сульфида серебра и органических молекул в водном растворе — и выяснили, что при испарении воды они объединяются в разные структуры: кольца, трубочки, древовидные формы. Так как сульфид серебра светится (люминесцирует) в инфракрасной области спектра, подобные структуры можно будет использовать в медицине для выявления опухолей. Кроме того, используя их в качестве «наноконтейнеров» для лекарств, удастся совместить диагностику с терапией на ранних стадиях. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Molecular Liquids.

Наночастицы сульфида серебра — перспективный материал для медицины: он нетоксичен и способен испускать инфракрасный свет, если его облучить определенными длинами волн. Последнее свойство позволяет использовать такие наночастицы при диагностике заболеваний. Так, если искусственно «нацелить» наночастицы, например, на раковые клетки, то по испускаемому частицами свету можно довольно просто определить месторасположение опухоли. Кроме того, в такие структуры можно заключать лекарства, а потому выполнять с их помощью сразу две задачи — диагностировать и лечить заболевание. Исследования показали: если к наночастицам из сульфида серебра присоединить «хвостики» из органических молекул — лиганды, — можно добиться формирования сложных наноархитектур. Они интересны тем, что потенциально могут быть более эффективными носителями для лекарств, а также испускать больше света. Однако до сих пор оставалось не ясным, как разные органические молекулы влияют на форму и свойства таких агломератов.

Ученые из Института химии твердого тела Уральского отделения РАН (Екатеринбург) и Уральского федерального университета (Екатеринбург) синтезировали в водном растворе наночастицы сульфида серебра размером 3–5 нанометров (в десятки раз меньше величины небольших вирусов) с разными лигандами. В качестве органических молекул авторы использовали биосовместимые и нетоксичные вещества — белок альбумин, меркаптосилан и тиоглицерол. Исследователи смешали водные растворы, содержащие источники ионов серебра и серы, а также перечисленные органические молекулы. Таким образом химики получили наночастицы, покрытые разными лигандами. Предложенный способ синтеза прост и удобен, поскольку протекает при комнатной температуре и не требует использования токсичных веществ и дорогого оборудования.

Затем авторы нанесли капли полученных растворов на поверхность слюды, выступавшей в качестве подложки, и просушили. Оказалось, что по мере испарения капель наночастицы формировали сложные структуры размером 50–120 нанометров, форма которых зависела от того, какие органические молекулы окружали наночастицы сульфида серебра. Так, при использовании молекулы белка альбумина получались кольца, меркаптосилана — сетка из полых трубочек, тиоглицерола— дендриты, то есть ветвящиеся молекулы, по форме напоминающие деревья. Причина образования подобных структур состоит в том, что при испарении растворителя наночастицы сближаются между собой, и органические молекулы начинают взаимодействовать, образуя упорядоченные объекты, примерно так же, как атомы, сближаясь, образуют кристаллы.

«Мы предложили самый дешевый из существующих способ получить наноархитектуры, которые затем можно использовать при создании микросхем, разработке технологий 3D-печати, для доставки лекарств и нагрева тканей. Предыдущие исследования показали, что молекулы тиоглицерола можно использовать, например, для заживления ран или восстановления волос, поэтому наночастицы сульфида серебра в соединении с тиоглицеролом смогут одновременно выступать как средство доставки, заживления и термотерапии. В перспективе на основе дендритов — одной из форм самоорганизации — можно было бы объединить заживляющий эффект с доставкой лекарств. Подробнее такие эффекты мы исследуем в наших будущих работах», — рассказывает руководитель темы в рамках проекта, поддержанного грантом РНФ, Светлана Ремпель, кандидат физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории нестехиометрических соединений Института химии твердого тела Уральского отделения РАН.