Ученые создали материал для инфракрасной подсветки глубоких тканей
В медицине для наблюдения за живыми тканями все чаще используют светящиеся наночастицы. Они поглощают инфракрасный свет, а затем испускают свечение в видимом диапазоне, которое можно зарегистрировать специальными приборами. Это позволяет, например, следить за движением лекарств в организме, уточнять границы опухолей и оценивать работу внутренних органов.
Источник: Xiaolin Yu et al. / Journal of the American Chemical Society, 2026. Свечение частиц полученного каркаса в желудке рыбы данио-рерио.
МОСКВА, 11 апреля. /Новости науки/. Ученые создали новый материал на основе ионов иттербия, тербия и европия, который способен превращать ранее недоступный диапазон инфракрасного излучения в видимый свет. Соединение оказалось нетоксичным для живых организмов и может использоваться для визуализации тканей, расположенных глубоко под кожей. Разработка открывает новые возможности для медицинской диагностики и наблюдения за процессами внутри организма в реальном времени. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society, сообщает пресс-служба РНФ.
«Нам удалось преодолеть сразу несколько ограничений материалов-аналогов. Во-первых, новое соединение более стабильно и выдерживает интенсивное облучение без потери яркости. Во-вторых, сочетание трех металлов — иттербия, тербия и европия — позволяет гибко настраивать цвет свечения, просто меняя их соотношение. И, наконец, полученные материалы могут эффективно работать при облучении светом с длиной волны 1960 нанометров, что расширяет их возможности к применению в медицинской диагностике», — рассказал руководитель проекта Андрей Потапов.
Как отмечают исследователи, в медицине для наблюдения за живыми тканями все чаще используют светящиеся наночастицы. Они поглощают инфракрасный свет, а затем испускают свечение в видимом диапазоне, которое можно зарегистрировать специальными приборами. Это позволяет, например, следить за движением лекарств в организме, уточнять границы опухолей и оценивать работу внутренних органов.
Однако существующие материалы для таких частиц имеют сразу несколько недостатков. Их трудно синтезировать, они постепенно разрушаются при длительном освещении и обычно работают только при длине волны около 980 нанометров. Такое излучение не проникает достаточно глубоко в ткани и ограничивает возможности диагностики.
Химики из Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН решили эту проблему, создав материал, который работает не только в стандартном диапазоне, но и при длине волны 1960 нанометров. Такой свет способен проникать глубже в живые ткани и потому считается более перспективным для медицинских задач.
Основой нового соединения стал металл-органический каркас — структура, состоящая из ионов металлов и органических молекул. В нее включили ионы иттербия, тербия и европия. Иттербий в этой системе улавливает инфракрасное излучение и передает энергию тербию, который дает яркое зеленое свечение. Часть энергии затем переходит к европию, который светится красным. Благодаря этому исследователи смогли получить материал с более гибкими оптическими свойствами.
Чтобы проверить безопасность и работоспособность соединения, ученые испытали его на рыбах данио-рерио, которые часто используются в биомедицинских экспериментах. Микрочастицы материала вводили в желудок рыб, после чего наблюдали их свечение.
Опыты показали, что новый материал не оказывает токсического действия и сохраняет яркое свечение как при стандартном облучении с длиной волны 980 нанометров, так и при 1960 нанометрах. Именно эта особенность делает его особенно важным для будущей диагностики глубоких тканей.
По словам авторов, новый материал также отличается высокой устойчивостью и не теряет яркость даже при интенсивном облучении. Это важно для длительных наблюдений, например когда нужно долго отслеживать, как лекарство перемещается по организму или как меняется состояние тканей.
В дальнейшем исследователи планируют оптимизировать структуру материала и способы его получения, чтобы сделать свечение еще ярче и одновременно снизить стоимость производства.
В работе участвовали специалисты из нескольких российских и зарубежных научных центров, включая Университет ИТМО, Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет, Национальный научный центр морской биологии имени А.В. Жирмунского ДВО РАН, а также научные организации Китая и Узбекистана.
«Нам удалось преодолеть сразу несколько ограничений материалов-аналогов. Во-первых, новое соединение более стабильно и выдерживает интенсивное облучение без потери яркости. Во-вторых, сочетание трех металлов — иттербия, тербия и европия — позволяет гибко настраивать цвет свечения, просто меняя их соотношение. И, наконец, полученные материалы могут эффективно работать при облучении светом с длиной волны 1960 нанометров, что расширяет их возможности к применению в медицинской диагностике», — рассказал руководитель проекта Андрей Потапов.
Как отмечают исследователи, в медицине для наблюдения за живыми тканями все чаще используют светящиеся наночастицы. Они поглощают инфракрасный свет, а затем испускают свечение в видимом диапазоне, которое можно зарегистрировать специальными приборами. Это позволяет, например, следить за движением лекарств в организме, уточнять границы опухолей и оценивать работу внутренних органов.
Однако существующие материалы для таких частиц имеют сразу несколько недостатков. Их трудно синтезировать, они постепенно разрушаются при длительном освещении и обычно работают только при длине волны около 980 нанометров. Такое излучение не проникает достаточно глубоко в ткани и ограничивает возможности диагностики.
Химики из Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН решили эту проблему, создав материал, который работает не только в стандартном диапазоне, но и при длине волны 1960 нанометров. Такой свет способен проникать глубже в живые ткани и потому считается более перспективным для медицинских задач.
Основой нового соединения стал металл-органический каркас — структура, состоящая из ионов металлов и органических молекул. В нее включили ионы иттербия, тербия и европия. Иттербий в этой системе улавливает инфракрасное излучение и передает энергию тербию, который дает яркое зеленое свечение. Часть энергии затем переходит к европию, который светится красным. Благодаря этому исследователи смогли получить материал с более гибкими оптическими свойствами.
Чтобы проверить безопасность и работоспособность соединения, ученые испытали его на рыбах данио-рерио, которые часто используются в биомедицинских экспериментах. Микрочастицы материала вводили в желудок рыб, после чего наблюдали их свечение.
Опыты показали, что новый материал не оказывает токсического действия и сохраняет яркое свечение как при стандартном облучении с длиной волны 980 нанометров, так и при 1960 нанометрах. Именно эта особенность делает его особенно важным для будущей диагностики глубоких тканей.
По словам авторов, новый материал также отличается высокой устойчивостью и не теряет яркость даже при интенсивном облучении. Это важно для длительных наблюдений, например когда нужно долго отслеживать, как лекарство перемещается по организму или как меняется состояние тканей.
В дальнейшем исследователи планируют оптимизировать структуру материала и способы его получения, чтобы сделать свечение еще ярче и одновременно снизить стоимость производства.
В работе участвовали специалисты из нескольких российских и зарубежных научных центров, включая Университет ИТМО, Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет, Национальный научный центр морской биологии имени А.В. Жирмунского ДВО РАН, а также научные организации Китая и Узбекистана.
