俄罗斯科学家开发了稳定的量子点外壳用于抗击癌症

原标题:俄罗斯科学家把量子点应用在医学和生物技术中

据俄罗斯卫星通讯社sputniknews报道,俄罗斯萨拉托夫国家研究型大学的科学家与来自德国的同事们一起开发了稳定的量子点外壳,使其能够安全地用于诊断癌症和控制药物剂量。结果发表在《分析和生物分析化学》杂志上。

量子点是十亿分之一米大小的半导体晶体,由数千个原子组成。量子点能够在很宽的光带内吸收光并在很窄的波长间隔内发射光,波长间隔取决于纳米晶体的尺寸。这样,一个或另一个量子点以严格定义的颜色发光。量子点的这些特性使其几乎成为生物对象的超灵敏多色配准以及医学诊断的理想手段。 由于具备把光能转化为明亮辉光的独特能力,量子点在各种现代装置的开发中得到广泛应用——明亮的电视屏幕、激光器、高效能太阳能电池。 以切尔尼雪夫斯基命名的萨拉托夫国家研究型大学的科学家说,大多量子点含有重金属成分,并且通常只在有毒有机溶剂中稳定,这限制了它们在生物学和医学中的使用。

由于发光量子点的亮度和稳定性,可在它们的基础上建造用于确定癌性肿瘤或自身免疫抗体的生物标志物的测试系统,以及用于控制剂量和药物输送系统的测试系统。为了避免中毒,有必要制造一个外壳,把量子点的所有化学元素保留在其中,并以原始形式将其从机体中移除。

萨拉托夫的科学家们对建立半导体量子点的稳定结构进行了研究,开发了许多能够把量子点转移到水介质和生物流体中的外壳。

“我们已经获得了涂有一层薄薄的半导体且导电性逐层增加的纳米晶体,这使得能够将紫外线辐射高效地转化为彩色辉光。这样的系统可以借助类玻璃结构转移到水中”,萨拉托夫国家研究型大学化学研究所普通和无机化学实验室的高级研究员奥莉加·戈里亚切娃(Olga Goryacheva)告诉俄罗斯卫星通讯社。

研究人员使用了硅酸盐外壳(这是在自然界中以矿物形式发现的硅酸盐;最著名的硅酸盐是玻璃)。他们说,硅酸盐外壳不仅有助于完整保持半导体晶体,把其光学特性维持在过去的水平上,而且富含生物活性元素。此外,这种量子点比其它科学团队开发的类似物体更稳定。

“硅酸盐外壳直接附着在晶体原子上,形成一层非常薄的透明层,其性质与玻璃类似。目前,我们积极使用这种外壳为紧急情况部门开发针对心脏病的高灵敏度快速检测试纸。这种试纸有助于确定食物中的毒素”,戈里亚切娃说。

萨拉托夫国立研究型大学科学家制造的另一种纳米晶体由几种半导体结构组成 。研究人员介绍说,这就是所谓的“合金”量子点,它们可在半导体之间平稳过渡。它们的合成大大简化,并且花费更少的时间。

“为了把量子点转移到水中,采用了一种根本不同的技术。含有硫的巯基乙酸一端嵌入晶体表面,另一端确保在水中的溶解度。结果表面就像蓬松的“皮大衣”,各种分子可以附着在上面。这种“皮大衣”中的量子点保持高达10纳米的尺寸”,萨拉托夫国家研究型大学化学研究所普通和无机化学实验室的初级研究员丹尼尔·德罗兹德(Daniil Drozd)说。

据他介绍,这样的系统对许多氧化剂很敏感。量子点的辉光在腐蚀性介质附近减弱。这有助于使用新技术来确定化疗期间人体血液中癌症药物是否过量并调整剂量,显着降低治疗的副作用。到 2024年底,研究人员计划证明基于量子点的分析系统在调整用于治疗乳腺癌、淋巴瘤和肝癌的药物米托蒽醌剂量方面的效果。