Российские ученые разработали биосовместимые нанотермометры без редкоземельных элементов
Исследователи РУДН совместно с учеными Университета ИТМО и Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН представили инновационные нанотермометры на основе металлоорганических каркасов (MOF), в составе которых отсутствуют редкоземельные элементы. Разработка позволит проводить точный температурный мониторинг при операциях, диагностировать воспалительные процессы, а также может стать основой для создания других «умных» биоматериалов.
Сегодня в составе большинства высокочувствительных термометров используют редкоземельные элементы (РЗЭ) — например, европий или тербий — из-за их люминесцентных свойств. Авторы предложили альтернативный вариант биосовместимых нанотермометров без использования РЗЭ.
«Новый класс MOF-материалов был синтезирован на основе ионов цинка (биосовместимый металл), органического лиганда H₄TBAPy с применением инновационного топологического дизайна. Синтезированные пористые кристаллические структуры обладают рекордной чувствительностью – до 2,12% K⁻¹, широким температурным диапазоном – от 7 до 300 кельвинов (от –266 °C до +27 градусов Цельсия) и полной биосовместимостью. Также заложена возможность визуализации и отслеживания в реальном времени», — рассказал один из авторов разработки, научный сотрудник объединенного института химических исследований РУДН Александр Новиков.
Для проверки эффективности нового материала, ученые вводили наночастицы MOF внутрисердечно и через пищеварительную систему рыбе Casper (прозрачная линия рыб Danio rerio). Эксперимент продемонстрировал 100-процентную выживаемость животных после введения вещества. Это говорит об отсутствии токсичности, что подтверждено тестами MTT и иммуногистохимией. Препарат позволил точно измерить температуру внутренних органов in vivo — цвет люминесценции менялся от зеленого до синего при охлаждении с 30 до 0 °C.
Помимо отсутствия дорогостоящих РЗЭ, новый материал обладает и другими преимуществами: благодаря топологическому дизайну он обладает оптимальной пористой структурой и из него можно создавать как 2D-, так и 3D-конфигурации.