Ученые Университета ИТМО создали нанокристаллы перовскитов, которые долго сохраняют свои уникальные оптические свойства в воде и биологических жидкостях. Полученный материал может открыть новые возможности в области оптической визуализации биологических объектов. Это важно для изучения внутренних органов живых организмов и мониторинга течения заболеваний. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Physical Chemistry Letters.
Наноматериалы на основе галогенидных перовскитов благодаря их уникальных свойствам, люминесценции и низкой стоимости активно используются для создания солнечных батарей, нанолазеров, светодиодов. Также они имеют большие перспективы в биоимиджинге: наночастицы перовскитов можно применять для разработки систем визуализации и изучения биологических процессов внутри клеток и живых организмов. Однако главное ограничение, которое пока не позволяет использовать их в качестве светящихся маркеров, заключается в том, что при попадании в водные среды они теряют свои физические свойства.
Лев Зеленков, научный сотрудник Нового физтеха ИТМО, рассказывает:
При попадании влаги в перовскиты из них моментально вымывается цезиевая соль, без которой свечение становится невозможным. Один из способов сделать перовскиты водоустойчивыми — покрыть их специальной оболочкой. Задача кажется простой, но пока не удавалось эффективно защитить материал от воды, сохранив его полную функциональность.
Ученым ИТМО потребовалось чуть больше года, чтобы найти способ защиты наночастиц перовскита от проникновения молекул воды и различных химических веществ. В результате им удалось получить перовскитные нанокристаллы, покрытые специальной силикатной оболочкой. Она модифицирована органическими гидрофобными (отталкивающими воду) химическими группами. Благодаря этой оболочке перовскиты сохраняют свои свойства в водных средах до одной недели.
Михаил Зюзин, старший научный сотрудник Нового физтеха ИТМО, рассказывает:
Мы протестировали созданный нами наноматериал не только в воде, но и на клеточных культурах. В качестве модели были взяты опухолевые клетки. Мы добавили к ним покрытые водостойкой оболочкой перовскиты и визуализировали их с помощью оптической микроскопии. Важно, что даже при взаимодействии перовскита с клеткой, перовскиты не деградировали и продолжали излучать свет, что указывало на их стабильность.
Следующим шагом будут исследования in vivo, то есть на лабораторных животных. Ученые посмотрят, будут ли перовскитные наночастицы стабильны внутри живого организма. Также исследователи планируют снизить потенциальную токсичность перовскитов, например, с помощью замены свинца на более экологичный материал. Это сделает наноматериал более безопасным в использовании.
Сергей Макаров, профессор Нового физтеха ИТМО, заключил:
Подтвердив устойчивость наших наноматериалов в водных средах, мы показали лишь одну область применения. Но разработка может быть полезна не только в биологии. Водоустойчивые нанокристаллы перовскитов можно использовать в качестве декоративного люминесцирующего красителя, а также меток для защиты документов. Для нас в первую очередь было важно создать реальное работающее решение. Теперь будем тестировать его в разных условиях.
Исследование поддержано грантом РНФ и Министерством науки и высшего образования.
