Une équipe de recherche internationale a étudié un nouveau système de visualisation cellulaire et d'administration de médicaments basé sur des nanoparticules recouvertes de molécules de colorant luminescent. Le matériau de la particule et la distance entre le colorant et la surface de la particule affectent l'intensité du signal luminescent. Les nanoparticules de silicium recouvertes de molécules de colorant sont plus efficaces que des particules similaires en or. Grâce à leur biocompatibilité, les particules de silicium peuvent être utilisées pour la visualisation cellulaire et l'administration de médicaments. La recherche a été publiée dans Rapports scientifiques .
Les colorants luminescents sont largement utilisés dans la recherche biologique et médicale en raison de leur sensibilité élevée et de leur faible toxicité. Les nanoparticules utilisées pour l'administration de médicaments sont souvent recouvertes de tels colorants. Cela permet aux scientifiques de suivre leur chemin dans l'espace intracellulaire. L'intensité du signal luminescent dépend du matériau de la particule et de la distance entre le colorant et la surface de la particule. Des scientifiques de la faculté de physique et d'ingénierie de l'ITMO, ainsi que des collègues allemands et suédois, ont étudié plusieurs configurations de diverses nanoparticules recouvertes de molécules de colorant luminescent et identifié les plus efficaces.
Les scientifiques ont synthétisé et étudié trois types de nanoparticules. Des particules de vanadate d'yttrium non résonantes (YVO4) ont été utilisées comme échantillon témoin. De telles particules n'affectent pas l'intensité des molécules de colorant. Des particules d'or et de silicium de même taille recouvertes de molécules de colorant placées à différentes distances de la surface ont été comparées à l'échantillon témoin.
La modélisation et les expériences ont montré que la fixation du colorant aux particules de silicium peut augmenter la photoluminescence du colorant jusqu'à trois fois par rapport aux particules d'or. "Une telle amélioration est due aux résonances de Mie dans les particules de silicium. Il est important de noter que les longueurs d'onde de résonance dépendent de la taille des particules. En raison de l'indice de réfraction élevé, la résonance de Mie de particules sphériques de silicium d'une centaine de nanomètres de taille s'étend dans la partie visible du spectre. Ainsi, les particules de silicium résonantes permettent d'accélérer l'émission spontanée et d'amplifier le signal du colorant en surface, " dit Sergueï Makarov, responsable du Laboratoire de nanophotonique hybride et d'optoélectronique de l'ITMO.
Le signal de luminescence se désintègre à la surface de la particule d'or. C'est pourquoi le colorant doit être placé à distance de ces particules. Faire cela, les scientifiques doivent utiliser des méthodes chimiques, ce qui peut être complexe et coûteux. Ces étapes supplémentaires peuvent être évitées en utilisant des particules de silicium qui amplifient le signal luminescent directement sur la surface. Outre, la recherche a montré que les particules de silicium recouvertes de molécules luminescentes peuvent être absorbées par les cellules cancéreuses.
« Nous pensons que le silicium est un matériau très prometteur, surtout pour la biomédecine. L'étude des méthodes d'administration de médicaments et de bio-imagerie est un domaine en développement très rapide à l'Université ITMO. Par exemple, nous travaillons actuellement sur un système de livraison basé sur des particules de silice creuses. Grâce à l'équipe de scientifiques de la Faculté de physique et de génie, notre Université gagne progressivement en reconnaissance dans le domaine de l'optique et des systèmes de délivrance de médicaments, " dit Mikhail Zyuzin, chercheur associé à la Faculté de physique et de génie. À l'avenir, ces systèmes peuvent être utilisés non seulement pour visualiser les structures intracellulaires, mais aussi pour délivrer diverses substances, des médicaments aux agents génétiques, aux cellules.
