Лазерный мир

Российские ученые показали, что высокие температуры способны повлиять на плазмонные свойства наночастиц и снизить их терапевтический эффект при лечении рака. Статья опубликована в журнале Nanoscale.

Возбуждение светом синхронизированных колебаний электронов проводимости в кристаллической решетке наночастиц представляет основу плазмоники. Это направление перспективно для создания оптоэлектронных устройств. В биомедицине наночастицы, сконцентрированные в раковой опухоли и избирательно прикрепившиеся к ней, при лазерном облучении приобретают дополнительную энергию. Это получается благодаря возбуждению поверхностного плазмонного резонанса, что локально повышает температуру вокруг наночастиц и создает волну высокого давления. Такое воздействие буквально разрывает мембраны опухолевых клеток.

Несмотря на то, что плазмонные эффекты хорошо изучены, существует не так много данных о влиянии температуры на плазмонные наночастицы. При нагревании наночастицы могут изменить форму, расплавиться, начать испаряться. Это изменит их оптические свойства и эффективность плазмонных процессов.

Команда российских ученых совместно с зарубежными коллегами выяснила, как изменяются плазмонные свойства и структура золотых наночастиц при повышении температуры от комнатной до температуры плавления (1064°С) и выше. Авторы применили молекулярное моделирование и уникальную математическую модель дискретного взаимодействия, которая позволяет описывать наночастицы в диапазоне размеров 5–15 нм.

Результаты работы показали, что при нагревании атомы в наночастицах постепенно увеличивают амплитуду колебаний. Около точки плавления рост замедляется, а потом снова продолжается. В итоге это приводит к испарению металла и распаду частиц. Процесс начинается с поверхности, но постепенно охватывает весь объем частицы. При этом из-за атомных колебаний в кристаллической решетке еще до перехода в жидкое состояние плазмонные свойства наночастиц исчезают.

«Описанные нами механизмы зачастую игнорируют, а ведь они способны кардинально изменить свойства плазмонных наночастиц. Особенно критично это в условиях, когда используется импульсный лазер с высокой интенсивностью излучения — он сообщает среде, содержащей наночастицы, большую энергию, но при этом сильно нагревает и сами наночастицы. Если мы сможем адаптировать температурные условия и свойства частиц, у нас получится эффективный способ противораковой терапии», — говорит соавтор исследования Сергей Карпов, профессор СФУ.

Источник: https://inscience.news/ru/article/russian-science/8563