Санкт-Петербургские физики вместе с коллегами из Городского университета Гонконга предложили способ получения хиральных углеродных точек из доступных органических веществ.

Такие наночастицы способны испускать интенсивный свет и при этом являются чувствительными к определенному типу поляризации падающего излучения. Также они сохраняют свои оптические свойства на всем диапазоне рН и даже при многочасовом облучении ультрафиолетом, что делает их перспективными для разработок в области биосенсорики, биоимиджинга и тераностики, например одновременного обнаружения и лечения рака.

Тераностика – современное направление исследований, которое предполагает, что одна и та же система выполняет сразу две функции: обнаружение злокачественных новообразований и их лечение. Ведутся активные разработки светоизлучающих наночастиц, среди которых перспективны углеродные точки. Эти наночастицы можно легко изготовить из доступных и недорогих органических веществ, они не вредят клеткам и тканям, ярко люминесцируют, то есть испускают собственное свечение после поглощения света. Их можно химически модифицировать и таким образом тонко настроить их физико-химические параметры или даже придать новые свойства, например противораковую активность или избирательность в отношении определенных клеточных белков.

Одна из важных характеристик большинства природных молекул – хиральность, то есть когда у них есть зеркальный «близнец», или энантиомер. Хиральность важна тем, что делает молекулы оптически активными, то есть они приобретают способность поворачивать плоскость волны падающего света в ту или иную сторону.

В своей новой работе исследователи Университета ИТМО и Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) вместе с коллегами из Городского университета Гонконга представили способ гидротермального синтеза стабильных хиральных углеродных точек.

Полученные наночастицы обладали отличными оптическими свойствами: так, квантовый выход флуоресценции достигал 57%. Та же аминокислота триптофан, в том числе обеспечивающая собственное свечение биологических тканей, имеет значение квантового выхода порядка 13%. Такой результат позволяет надеяться, что сигнал синтезированных углеродных точек будет хорошо заметен на фоне собственного излучения и рассеяния образцов. Хиральность структуры углеродных точек проявилась в виде сигнала кругового дихроизма, то есть разного поглощения лево- и правополяризованного света. Также люминесценцию наночастиц можно было возбуждать инфракрасным фемтосекундным лазером через двухфотонное поглощение, что обеспечивает более глубокое проникновение сигнала возбуждения в образец и меньшее его повреждение. Углеродные точки сохраняли свои оптические свойства на протяжении почти семи часов облучения ультрафиолетом. Авторы отметили устойчивость углеродных точек к изменению рН: квантовый выход мало изменился даже в сильнокислых и сильнощелочных условиях.

Полученные углеродные точки можно применять в решении самых разных задач, таких как получение изображений тканей и клеток, создание биосенсоров и разработку тераностических препаратов.

Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы на страницах журнала Light: Science & Applications.