Aktuality
CZ | ENG

 Jak snadno a levně připravit fluorescenční nanočástice pro medicínu v jaderném reaktoru

TISKOVÁ ZPRÁVA ÚOCHB

Praha, 9. listopadu 2018 

Čeští vědci pod vedením Petra Cíglera z Ústavu organické chemie a biochemie  AV  ČR  a  Martina  Hrubého  z  Ústavu  makromolekulární  chemie  AV  ČR  přišli s převratnou metodou umožňující snadno a levně produkovat ozářené nanodiamanty a jiné materiály využitelné pro vysoce citlivou diagnostiku chorob, včetně nádorových onemocnění.
Jejich článek nyní publikoval prestižní vědecký časopis Nature Communications.

 

Diagnostika chorob a porozumění procesům probíhajícím v buňkách na molekulární úrovni vyžaduje citlivé a selektivní diagnostické nástroje. Vědci jsou dnes schopni sledovat magnetická a elektrická pole v buňkách s rozlišením v řádu desítek nanometrů a s vysokou citlivostí díky krystalovým poruchám v částicích některých anorganických materiálů. Téměř ideálním materiálem pro tyto účely je diamant. Na rozdíl od šperkařských diamantů se ale pro aplikace v diagnostice a nanomedicíně používají asi milionkrát menší diamanty – nanodiamanty, které se připravují synteticky z grafitu za vysokých tlaků a teplot.

Čistý nanodiamant však o svém okolí mnoho nesdělí. Jeho krystalová mřížka se musí nejprve řízeně poškodit tak, aby v ní vznikly zvláštní poruchy (tzv. centra dusík-vakance) umožňující optické čtení. Poškození se vytváří nejčastěji  ozářením  nanodiamantu  rychlými  ionty v částicových urychlovačích. Tyto urychlené ionty jsou schopny  z  krystalové  mřížky  nanodiamantu  vyrazit atomy  uhlíku,  po  nichž  tak  zůstanou  v  mřížce „díry“ (vakance).  Ty  se  poté  při  vysokých  teplotách  spárují s atomy  dusíku,  které  jsou  v  krystalu  přítomné  jako nečistoty.  Nově  vzniklá  centra  dusík-vakance  jsou zdrojem fluorescence, kterou je pak možné pozorovat. Právě  díky  této  fluorescenci  mají  nanodiamanty obrovský potenciál využití v medicínských i technických aplikacích.  Zásadním  omezením  pro  využití  těchto materiálů v širší praxi je ale velmi drahé a málo efektivní ozařování  ionty  v  urychlovači,  které neumožňuje přípravu většího množství tohoto mimořádně cenného materiálu.

Tým  vědců  z  několika  výzkumných  pracovišť  pod vedením  Petra  Cíglera  a  Martina  Hrubého  publikoval v časopise Nature Communications zcela nový způsob ozařování nanokrystalů. Namísto drahého a dlouhého ozařování  v  urychlovači  využili vědci  velmi  krátké a o mnoho levnější ozáření v jaderném reaktoru.

Tak jednoduché to ale nebylo – vědci museli využít trik, kdy neutronové záření v reaktoru štěpí atomy bóru na lehké a velmi rychle letící ionty hélia a lithia. Nanokrystaly se nejprve musí rozptýlit v tavenině oxidu boritého a následně se ozáří neutrony v jaderném reaktoru. Záchytem neutronů a rozpadem jader bóru vzniká hustá sprcha iontů hélia a lithia, které v nanokrystalech mají stejný efekt jako tytéž ionty produkované urychlovačem – řízenou tvorbu krystalových poruch. Díky vysoké hustotě této částicové sprchy a možnosti ozářit v reaktoru mnohem větší množství materiálu je možné snadno a daleko levněji připravit najednou desítky gramů vzácného nanomateriálu, což je přibližně tisíckrát více, než kolik byli vědci dosud schopni získat při srovnatelném ozařování v urychlovačích. Tato metoda se ukázala jako úspěšná nejen pro tvorbu poruch v mřížce nanodiamantu, ale i na dalším nanomateriálu, karbidu křemíku. Vědci proto předpokládají, že by metoda mohla sloužit univerzálně pro produkci nanočástic s definovanými poruchami ve velkém měřítku.

Nová metoda vychází z principu využívaného při terapii bórovým neutronovým záchytem (boron neutron capture therapy – BNCT), kdy je pacientovi podána sloučenina bóru. Po jejím nahromadění v nádoru je pacient ozářen neutrony, které způsobí štěpení jader bóru na ionty hélia a lithia. Ty následně zničí nádorovou tkáň, v níž je bór nahromaděn. Díky principu známému z experimentální terapie nádorů se tak nyní povedlo vytvořit cestu pro efektivní výrobu nanomateriálů s vysokým potenciálem využití mimo jiné i v diagnostice nádorových onemocnění.


Článek: Jan Havlík, Vladimíra Petráková, Jan Kučka, Helena Raabová, Dalibor Pánek, Václav Štěpán, Zuzana Zlámalová Cílová, Philipp Reineck, Jan Štursa, Jan Kučera, Martin Hrubý a Petr Cígler: Extremely rapid isotropic irradiation of nanoparticles with ions generated in situ by a nuclear reaction. Nature Communications 2018, 9, 4467. DOI: 10.1038/s41467-018-06789-8.

Plné znění TZ

Všechny aktuality

Centrum polymerních materiálů a technologií Otty Wichterla - CPMTOW

Centrum biomedicinálních polymerů - CBMP

Centrum polymerních senzorů - CPS

Polymery pro energetiku - EnergoLab


Ústav makromolekulární chemie AV ČR v.v.i.

Heyrovského nám. 2
162 06 Praha 6
tel:+420 296 809 111
fax:+420 296 809 410

Facebook

Strategie 21

Molekuly a materiály pro život