Nanostruktūros – maždaug 500 kartų mažesni už plauko storį objektai, randami gyvojoje gamtoje ir sintetinami laboratorijose. Viena tokių laboratorijų įsikūrusi Vilniaus universiteto (VU) Chemijos ir geomokslų fakulteto Chemijos institute. Fizikinės chemijos katedroje dirbanti docentė Lina Mikoliūnaitė pasakoja, kad mokslininkai ne tik sintetina nanodaleles, bet ir kuria metodus, prisidėsiančius prie vėžio nustatymo ateityje.
Tauriųjų metalų nanodalelėms reikalingi detalesni tyrimai
Doc. L. Mikoliūnaitės teigimu, nanodalelių apibrėžimas yra labai platus ir apima visas daleles, kurių skersmuo yra nuo 1 iki 100 nm, arba 0,000000001–0,00000001 metro.
„Nanodalelės gali būti tiek organinės, tiek neorganinės. Juk mes patys sudaryti iš nanostruktūrų. Vis plačiau naudojant metalų (sidabro, aukso) nanodaleles, šis terminas imtas suprasti būtent kaip jų apibūdinimas“, – pasakoja mokslininkė.
Nanostruktūrų dydis gamtoje yra įprastas. Būtent tokio dydžio yra įvairios poros ir gyvuosius organizmus sudarantys baltymai. Tuo tarpu sintetinės nanodalelės, nors naudojamos jau seniai (pvz., senovėje vitražuose raudoną spalvą išgaudavo naudodami aukso nanodaleles), realiai pamatytos ir suprastos palyginti neseniai, dėl to dar menkai ištirtos.
„Viena iš nanostruktūrų panaudojimo sričių yra nanodangos, kuriomis padengti automobilių stiklai neleidžia vandens lašeliams užsilaikyti. Kitaip tariant, šios dangos turi hidrofobinių (vandenį atstumiančių) savybių. Bėda ta, kad hidrofobinės medžiagos prie savęs pritraukia organines aliejaus struktūras (tepalus ir kitas), kurias nuo automobilio sunkiau nuvalyti nei vandenį“, – pasakoja doc. L. Mikoliūnaitė.
Nanodalelės neretai aptinkamos ir kosmetikos priemonėje. Pavyzdžiui, titano dioksido nanodalelės tampa apsaugos nuo saulės kremų sudedamąja dalimi, nes puikiai atspindi saulės šviesą. Nors žmogui jos nėra kenksmingos, maudantis kremo likučiai patenka į vandenį ir gali turėti poveikį vandens ekosistemai. Dar mažiau mokslininkams pažįstamos sidabro ir aukso nanodalelės ir jų poveikis žmogui.
„Kiek anksčiau buvo stengiamasi sintetinėmis nanodalelėmis praturtinti įvairią kosmetiką, taip suteikiant antibakterinių ir kitokių savybių. Logika čia buvo paprasta: taurieji metalai (sidabras, auksas) nėra pavojingi žmogui, juk nuolat nešiojame papuošalus iš šių metalų, tad ir šių medžiagų nanodalelėmis praturtinti kremai, liesdamiesi su oda, nėra pavojingi. Bet jeigu lyginsime aukso luitą ir aukso nanodaleles, pamatysime, kad skiriasi jų abiejų lydymosi temperatūra, tvirtumas, cheminis aktyvumas, spalva ir kitos savybės. Tad tauriųjų metalų nanodalelių poveikis iki galo dar nėra ištirtas. Gali būti, kad jos kaupiasi mūsų organizme ir yra žalingos“, – apie besikeičiantį supratimą pasakoja mokslininkė.
Doc. L. Mikoliūnaitė. Asmeninio archyvo nuotr.
Metodų nanodalelėms gauti įvairovė
Savo vykdomų mokslinių tyrimų metu doc. L. Mikoliūnaitė su kolegomis sintetina magnetines geležies oksido ir sidabro bei aukso nanodaleles. Norėdami gauti kuo vienodesnes daleles, mokslininkai naudoja cheminį sintezės metodą.
„Turėdami tirpale ištirpusius aukso ar sidabro jonus, įvykdome chemines reakcijas, kurios priverčia juos susitelkti į vieną didesnį darinį. Taip sutelkę tam tikrą dalelių skaičių mes gauname nanodaleles, kurių dydis skiriasi vos keliais nanometrais“, – cheminį sintezės būdą pristato mokslininkė.
Kitas būdas turėti nanodaleles – jas smulkinti lazerinės abliacijos metodu. Tai fizikinis metodas. Pasitelkdami itin galingą lazerį, mokslininkai šviečia juo į aukso ar sidabro luitus ir lokaliai tiek įkaitina metalo paviršių, kad jis išsiplečia ir išsprogsta į aplinką, sudarydamas labai mažus, bet skirtingo dydžio gabalėlius. Egzistuoja ir biologinis būdas nanodalelėms sintetinti.
„Galima panaudoti biologines medžiagas (ląsteles ar mikroorganizmus), kurie savo veikimo metu išskirdami medžiagas „sulipdo“ metalų jonus į nanodaleles“, – biologinį būdą pristato tyrėja.
Aukso ar sidabro luitų ir jų nanodalelių skirtumai yra matomi plika akimi. Mums įprasta, kad auksas yra geltonos, auksinės spalvos, o sidabras pilkas ir blizgus. Tačiau šių medžiagų nanodalelės turi visai kitokią spalvą.
„Norėdami įvertinti šių nanodalelių spalvą, jas turėtume išmaišyti vandenyje. Tirpalas, prisotintas aukso nanodalelėmis, bus raudonas, o priklausomai nuo nanodalelių dydžio, spalva gali intensyvėti ir net pasiekti mėlyną. Tuo tarpu sidabro nanodalelių spalvų intensyvumas varijuoja nuo geltonos iki žalsvos“, – sako mokslininkė.
Tobulinamas tikslesnis cheminių ryšių nustatymo metodas
Doc. L. Mikoliūnaitė, bendradarbiaudama su kolegomis iš Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC), vykdo mokslinius tyrimus, kurių tikslas – nustatyti analizuojamą mėginį pagal jo cheminius ryšius. Tam mokslininkai pasitelkia Ramano spektroskopijos metodą – apšviečia mėginį lazerine spinduliuote, o tada surenka visą nuo mėginio atsispindėjusią šviesą. Didžioji tokios šviesos dalis yra ta pati lazerio šviesa, kuri nesuteikia informacijos. Tik labai maža nuo mėginio atsispindėjusi šviesos dalis pasikeičia priklausomai nuo to, į kokį mėginį šviečiama. Tad Ramano spektroskopija leidžia pašvietus lazeriu pamatyti atsaką ekrane smailių pavidalu, atitinkančiu cheminius ryšius mėginyje.
„Iš šių grafikų galima nustatyti, kokia medžiaga ten buvo. Bet susiduriame su problema, kad šis matavimo metodas yra labai silpnas: tik 1 iš 100 000 fotonų būna pasikeitęs, taigi, norint gauti tikslią informaciją, reikia sutelkti labai daug šviesos fotonų“, – aiškina tyrėja.
Mokslininkai yra pastebėję, kad jeigu aplinkui tiriamą mėginį yra plazmoninį signalą turinčių dalelių (aukso ir sidabro), sukuriamas papildomas laukas, leidžiantis lazerinį signalą sustiprinti iki milijono kartų ir užfiksuoti tiriamų medžiagų cheminius ryšius net labai mažos koncentracijos tirpale.
„Signalą sustiprinti gali padėti ir magnetinės nanodalelės. Turint labai mažos koncentracijos tirpalą gan problemiška iš jo „sugaudyti“ reikalingas molekules ir apšviesti jas lazeriu. Mums pavyko susintetinti magnetines daleles, kurios yra „aplipintos“ plazmoninėmis dalelėmis (aukso ir sidabro). Tokios struktūros daleles galima lašinti į vandenį, kuriame „plaukioja“ mums įdomios molekulės. Jos prilimpa prie auksinės ar sidabrinės dalies, o pridėję prie stiklinės šono magnetą pritraukiame jas iš viso tirpalo ir taip sukoncentruotas galime matuoti Ramano spektroskopu“, – pasakoja doc. L. Mikoliūnaitė.
Nuo detalesnio vandens ištyrimo iki vėžio gydymo
Mokslininkų siūlomas Ramano spektroskopijos metodo patobulinimas galėtų būti aktualus įmonėms, gaminančioms specialius padėklus šio tipo spektroskopijai.
„Mūsų sintetinamos nanodalelės padėtų pastiprinti Ramano spektrometro signalą. Plazmoninėmis dalelėmis praturtinti padėklai leistų sustiprinti lazerio spindulį ir užfiksuoti cheminius ryšius net labai mažos koncentracijos tirpaluose. Tai ypač aktualu detalesniems moksliniams tyrimams“, – teigia doc. L. Mikoliūnaitė.
Šį metodą būtų galima taikyti ir ekologijoje, nustatant labai mažas medžiagų koncentracijas vandenyje.
„Tai labai aktualu tiriant vandenį ir jo kokybę. Mūsų metodas leistų užfiksuoti net mažiausius pesticidų ir kitokios cheminės taršos atvejus“, – sako mokslininkė.
Sustiprinta Ramano spektroskopija galėtų būti taikoma ir vėžinių ląstelių tyrimams. Chemikai ir fizikai iš VU ir FTMC bendradarbiaudami bando aptikti ryšius, kurie būtų būdingi vėžiniams audiniams.
„Iš VU ligoninės Santaros klinikų gauname vėžinių ir sveikų audinių mėginius ir bandome įžvelgti cheminių ryšių skirtumus tarp šių mėginių. Tyrimo metu gautus audinius palaikome vandenyje ir po to tiriame tirpalą, prieš tai jį prisotinę magnetinių nanodalelių su sidabru ar auksu. Mūsų tikslas – naudojant Ramano spektrometrą ir stebint kreives kompiuterio ekrane įvardyti, kuris audinys yra vėžinis, o kuris ne“, – pristato tyrėja.
Mokslininkai tikisi, kad ateityje jų kuriamas metodas padės operacijų metu įvertinti, kurie audiniai yra vėžiniai, ir juos pašalinti nepažeidžiant sveikų audinių. Tačiau norint taikyti šį metodą reikėtų detaliau ištirti ilgalaikį sidabro ir aukso nanodalelių poveikį žmogui.
„Jau kurį laiką mokslininkai bando nanodaleles taikyti vėžio gydymui. Didelė nanodalelių koncentracija sukaupiama ties naviku, tuomet jos pakaitinamos (o metalas greitai ir gerai įšyla) ir taip sudeginamos vėžinės ląstelės. Bet vis dar kyla klausimas, kur šios nanodalelės „keliauja“ toliau. Jos yra itin mažos, tad gali pereiti iš vienos ląstelės į kitą ir kauptis mūsų organuose, darydamos žalą. Tad prieš naudojant jas medicinoje reikalingi detalesni moksliniai tyrimai“, – sako doc. L. Mikoliūnaitė.
FTMC ir VU mokslininkai savo mokslinius tyrimus vykdo pagal projektą „Magnetoplazmoninės nanodalelės biologinių paviršių SERS analizei (SM-ARTSERS)“. Projektas finansuojamas iš Europos Sąjungos regioninės plėtros fondo lėšų (projekto Nr. 01.2.2-LMT-K-718-03-0078) pagal dotacijos sutartį su Lietuvos mokslo taryba. Atliekant šiuos tyrimus naudojama FTMC ir VU esančios mokslinės infrastruktūros „Medžiagų ir elektroninių / molekulinių vyksmų spektroskopinio charakterizavimo centras SPECTROVERSUM“ spektrinė įranga.
Komentarų nėra. Būk pirmas!