Термометрия наноразмерных суперструктур
Молекулярные пружинные сборки и суперструктуры могут быть особенно хорошо приспособлены для термометрии при биологических применениях. Они значительно меньше, чем клетки и каналы в нанофлюидных приборах, и позволяют получить невероятную разрешающую способность. Сборки наночастиц могут быть разумно запрограммированы на выполнение температурного обнаружения путем изменения поверхности. Различные функциональные группы на поверхности наночастиц могут соединяться с другими полимерами или подходящими биоматериалами, используя хорошо развитую химию соединения.
Котов с коллегами разработали обратимый нанотермометр, включающий динамическую суперструктуру двух типов наночастиц, соединенных полимерными спейсерами, которые действую как молекулярные пружины в водной фазе (Рис. 2). Механизм действия нанотермометра можно объяснить контролируемым взаимодействием между парами экситон-плазмон в этом гибриде, происходящим вслед за изменением конформации полиэтиленгликоля (PEG) в температурном диапазоне 20–60°C. Параметры температуры были определены по изменениям интенсивности флуоресценции суперструктуры, и продемонстрированной зависимости обратимой интенсивности от температуры в водной среде.
Рисунок 4. Динамический нанотермометр на основе суперструктур наночастиц.
|
Важнейшее и обладающее большим потенциалом применение нанотермометров с наночастицами золота представляет собой использование в области гипертермического воздействия на раковые клетки. Эль-Сайед и др. усовершестовали данную технологию за счет добавления в наночастицы с золотом лигандов, нацеленных на раковые клетки, и локализованного нагрева с помощью излучения лазера, работающего в импульсном режиме. Управление локальными температурами имеет решающее значение для селективного разрушения целевых раковых клеток при использовании минимальной мощности энергии фотона и минимальном разрушении нераковых клеток. Модели теплопереноса рассматривают 70–80°C как пороговую температуру для разрушения живых клеток. Наноразмерные термометры из наночастиц золота могут эффективно определять локализованные температуры внутри или вокруг целевой раковой клетки.
Таким образом, представлены различные подходы к созданию наноразмерных термометров. Использованные стратегии могут содействовать более углубленному пониманию микро-/наноразмерного переноса тепла во все более сложных и плотно составленных микроцепях, а также получению отображений кривых температур с высокой разрешающей способностью при клинических применениях. Более того, с помощью молекулярных и биологических изменений с использованием антител или ДНК станет возможным создание многофункциональных нанотермометров, используемых, например, при целевом воздействии на раковые опухоли, томографии и доставке лекарственных препаратов.