(PhysOrg.com) - Numera, vardagslivet vore otänkbart utan nanoteknik. Det är också ständigt närvarande inom medicinsk teknik-både inom terapi och diagnostik. Forskare från ETH Zürich har nu förberett silvernanopartiklar i en tvärvetenskaplig studie på ett sådant sätt att de erbjuder ytterligare potential inom detta område.

Nanopartiklar av silver, mindre än en tiotusendels millimeter, har speciella optiska egenskaper som särskilt har lovande tillämpningar för medicinsk teknik. Det enda problemet:nanosilverpartiklar avger silverjoner, som är giftiga för celler. Forskare under ledning av Sotiris Pratsinis, professor vid ETH Zürichs partikelteknologilaboratorium vid Institute of Process Engineering, har nu lyckats förbereda silverpartiklarna på ett sådant sätt att de hindrar dem från att släppa ut giftiga joner men lämnar deras optiska-så kallade plasmoniska-egenskaper intakta. Detta innebär att partiklarna kan användas i medicin som plasmoniska sensorer för att identifiera patogener eller för terapeutiska ändamål.

Skikt av kiseldioxid skyddar celler

För att komma runt problemet med toxicitet, forskarna belagde nanopartiklarna med ett två nanometer tjockt lager kiseldioxid i ett speciellt förfarande. I sin doktorsavhandling som leds av Pratsinis, Georgios Sotiriou jämförde effekterna av obehandlade silver -nanopartiklar med endast delvis och färdigställda belagda nanopartiklar i en serie experiment.

När det gäller de helt belagda partiklarna, det transparenta skalet påverkar inte de speciella ljusegenskaperna hos dessa biosensorer. Och eftersom silverjoner inte kan tränga in i skalet, det är ingen fara för cellerna. För att demonstrera detta, forskarna samarbetade med Sven Panke, professor från Institutionen för biosystem vid ETH Zürich, och tillsatte Eschericha coli -bakterier till partiklarna, som fortsatte att reproducera sig oskadd.

Använda kvanteffekter

De speciella plasmoniska egenskaperna härrör från kvanteffekter av elektronerna i silver -nanopartiklarna:ljus interagerar med elektronerna i ytan av de plasmoniska sensorerna, får dem att svänga. Det inkommande ljuset absorberas således kraftigt och spritt. Plasmoniska sensorer lyser därför under den så kallade mörkfältbelysningen. Följaktligen, de är bara biljetten för att upptäcka virus, bakterier eller cancerceller, till exempel, eller att transportera medicin som appliceras på sensorerna till en specifik plats i människokroppen.

Utrustad med en antikropp, partiklarna kan fästas till förutbestämda biomolekyler. Dessutom, i samarbete med Janos Vörös, professor från ETH Zürichs institut för biomedicinsk teknik, forskarna kunde visa att de också kan användas som så kallade etikettfria sensorer. Detta innebär att alla proteinmolekyler i blodomloppet håller sig till sensorn genom den fysiska absorptionen mellan molekylen och sensorytan ensam och kan därmed detekteras. Detta avslöjades i experiment med användning av bovint serumalbumin som modellproteinmolekyl. Proteinmolekylerna som sitter fast vid sensorerna utlöser en lokal förändring av brytningsindexet på de plasmoniska sensorerna. Lösningens högre brytningsindex gör att sensorns optiska absorption förskjuts till en högre ljusvåglängd. Detta gör biomolekylerna synliga, vilket innebär att de enkelt kan upptäckas.

Men de beredda silver -nanopartiklarna har också en annan fördel, betonar Sotiriou:"De belagda nanopartiklarna är stabila i serumsuspensioner, utan att vi behöver lägga till ämnen som kan avbryta experimentet.

Transport är också möjlig

I en nyligen publicerad uppföljningsstudie i kemi av material, Pratsinis ’team beskriver hur funktionaliteten hos de kiseldioxidbelagda silvernanopartiklarna kan förbättras ytterligare:i samarbete med Ann Hirt, professor från ETH Zürichs institut för geofysik, forskarna täcker en järnoxid och en silverpartikel tillsammans, vilket gör biosensorn magnetisk också.

Dessa multifunktionella partiklar kan binda till specifika celler (t.ex. cancerceller som HeLa -celler) och därmed upptäcka dem, som demonstrerades i experiment som utförts vid ETH Zürichs institut för biokemi i samarbete med Pierre-Yves Lozach. Partiklarnas magnetiska egenskaper innebär nu också att partiklarna kan styras till en viss plats. Nanosilverpartiklarna kan fastna på cancerceller och kan eliminera dem där lokalt med hjälp av värme från ett högenergimagnetiskt fält eller infraröd strålning. "Detta utgör ett extremt intressant alternativ för icke-invasiv förstörelse av tumörer, Betonar Pratsinis.