I ett genombrott inom metamaterial, för första gången i världen, forskare vid Tel Aviv University har utvecklat en innovativ nanoteknik som förvandlar en transparent kalcitnanopartikel till en glittrande guldliknande partikel. Med andra ord, de gjorde den genomskinliga partikeln till en partikel som är synlig trots sina mycket små dimensioner. Enligt forskarna kan det nya materialet fungera som en plattform för innovativa cancerbehandlingar.

I en ny tidning publicerad i Avancerade material , ett internationellt team av forskare, koordineras av Dr. Roman Noskov och Dr. Pavel Ginzburg från Iby och Aladar Fleischmans tekniska fakultet vid Tel Avivs universitet, Prof. Dmitry Gorin från Center for Photonics and Quantum Materials vid Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) och Dr. Evgeny Shirshin från M.V. Lomonosov Moscow State University, har introducerat konceptet med biovänlig leverans av optiska resonanser via ett mesoskopiskt metamaterial, ett material med egenskaper som inte finns i naturen. Detta tillvägagångssätt öppnar lovande utsikter för multifunktionalitet i biomedicinska system, tillåter användning av en enda designergjord nanopartikel för avkänning, fototermisk terapi, fotoakustisk tomografi, bioavbildning, och riktad läkemedelstillförsel.

"Det här konceptet är resultatet av tvärvetenskapligt tänkande i gränssnittet mellan metamaterialens fysik och bioorganisk kemi, som syftar till att möta nanomedicinens behov. Vi kunde skapa ett mesoskopiskt submikronmetamaterial från biokompatibla komponenter som visar starka Mie-resonanser som täcker det nära-infraröda spektralfönstret där biologiska vävnader är transparenta, " säger Dr Roman Noskov.

De nanostrukturer som kan lokalisera ljus i nanoskala samt utföra flera funktioner är mycket önskvärda i en uppsjö av biomedicinska tillämpningar. Dock, biokompatibilitet är vanligtvis ett problem, eftersom konstruktion av optiska egenskaper ofta kräver användning av giftiga föreningar och kemikalier. Forskarna har löst problemet genom att använda guldnanofrön och porösa vaterit (kalciumkarbonat) sfäruliter, anses för närvarande vara lovande narkotikaleveransfordon. Detta tillvägagångssätt involverar kontrollerbar infusion av guldnanofrön i en vateritställning vilket resulterar i ett mesoskopiskt metamaterial – gyllene vaterit – vars resonansegenskaper kan ställas in i stor utsträckning genom att ändra mängden guld inuti vateriten. Dessutom, hög nyttolastkapacitet av vaterite sfäruliter tillåter samtidig laddning av både läkemedel och fluorescerande taggar. För att exemplifiera prestandan för deras system, forskarna visade effektiv laseruppvärmning av gyllene vaterite vid röda och nära-infraröda våglängder, mycket önskvärd i fototermisk terapi, och fotoakustisk tomografi.

Prof. Pavel Ginzburg sammanfattar, "Denna nya plattform möjliggör inkvartering av flera funktioner – som enkla tillägg som kan introduceras nästan på begäran. Vid sidan av optisk bildbehandling och termoterapi, MRI synlighet, funktionella biomedicinska material och många andra modaliteter kan introduceras i en miniatyrpartikel i nanoskala. Jag tror att våra samarbetsinsatser kommer att leda till demonstrationer in vivo, som kommer att bana väg för en ny biomedicinsk teknik."