Самые маленькие в мире спазеры помогут распознавать и лечить рак

Спазер — это «плазмонный» аналог лазера, устройство, которое преобразует энергию накачки (световую, тепловую) в энергию согласованного потока плазмонов — квазичастиц, отвечающих квантованию колебаний плотности электронного газа. Для сравнения, известный всем лазер схожим образом генерирует поток согласованных фотонов — квантов электромагнитного излучения. На макроуровне плазмонный пучок, так же как и фотонный, выглядит как излучение света с определенной длиной волны. Команда ученых из Новосибирска вместе со своими коллегами из США разработала самые маленькие на текущий момент спазеры. Они состоят из наночастиц золота в «шубе» из силикатов и красителя уранина. Этот краситель излучает в области 520 — 530 нанометров, что совпадает с плазмонным резонансом золотых наночастиц. Полученные спазеры были опробованы в качестве биометок, подсвечивающих и уничтожающих раковые клетки. Для этого их поверхность дополнительно покрывали молекулами фолиевой кислоты, которая позволяет наночастицам прикрепляться только к раковым клеткам, игнорируя здоровые. Когда подготовленные таким образом наночастицы попадают в организм, они «находят» в нем раковые клетки и связываются с ними, и постепенно проникают в цитоплазму. Если же таких клеток нет, наночастицы просто постепенно выходят наружу. Чтобы затем обнаружить опухоль, достаточно облучения светом с определенной длиной волны: прикрепленные к раковым клеткам спазеры «отзовутся» характерным плазмонным излучением (а отсутствие такого ответного излучения будет означать, что в организме нет раковых клеток). При этом излучающие спазеры оказываются смертельными для «приютивших» их раковых клеток: вокруг испускаемого плазмона образуется нанопузырек горячего пара, который разрывает клетку изнутри. In vitro эксперименты с растворами клеток рака молочной железы и здоровых клеток в цитоплазме и in vivo эксперименты на мышах показали большой потенциал полученных наночастиц в диагностике и лечении рака. Новые спазеры биосовместимы, нетоксичны, обладают ярким излучением, которое можно «засечь» даже сквозь слой живой ткани. Авторы особо отмечают высокую селективность антираковой активности плазмонов. Варьируя концентрацию наночастиц и интенсивность излучения, им удалось уничтожить свыше 95% раковых клеток, в то время как количество здоровых клеток осталось практически неизменным. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Ранее ученые из США предложили принципиально новую концепцию лазера на топологических изоляторах.