Сотрудники Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН совместно с коллегами из Университета ИТМО синтезировали двумерные металл-органические каркасы на основе европия, иттрия и тербия. Ультратонкие нанолисты из этих структур способны проявлять люминесценцию зелёного, красного и синего цвета.
Разработка сибирских химиков может использоваться в изготовлении оптических зондов для проведения биомедицинской визуализации и диагностики различных заболеваний. Статья об этом опубликована в журнале ACS Applied Nano Materials.
Металл-органические каркасы — это кристаллические структуры, состоящие из ионов металла, связанных органическими лигандами. Сегодня преобладают научные исследования трёхмерных пористых структур, за открытие которых в 2025 году была присуждена Нобелевская премия по химии. В лаборатории металл-органических координационных полимеров ИНХ СО РАН синтезировали двумерные металл-органические структуры, протяжённые только в двух направлениях. Такие структуры по соотношению размеров сторон к толщине напоминают листы бумаги в наноразмерном диапазоне. Нанолисты, имеющие рекордное отношение линейных размеров к толщине — 2 300 : 1, — практически идеально гладкие на атомарном уровне и могут достаточно прочно закрепляться на различных плоских подложках. Одно из важнейших свойств полученных наноразмерных объектов — проявление люминесценции с эффективностью до 93 %, то есть поглощаемый свет практически полностью испускается в виде собственного излучения. По словам учёных, область применения таких нанолистов может быть очень широкой, однако в первую очередь они могут стать одним из компонентов для устройств медицинской диагностики.
Генетически модифицированная прозрачная рыбка данио-рерио в эксперименте
«Мы синтезировали двумерные металл-органические каркасы европия, тербия и иттрия. Выбор металлов связан с возможностями модуляции излучения, выходящего из источника. Определенный металл отвечает за конкретный оттенок: европий дает красный цвет, иттрий — голубой, а тербий — зелёный. Оптоволокно в общей конструкции выступает проводником излучения источника с определённой длиной волны, с помощью оптоволокна свет может дойти до исследуемого объекта, например какого-либо органа животного или человека. Нанослои, полученные из металл-органических каркасов и прикреплённые к торцу оптоволокна, способны модулировать цвет излучения в реальном времени, что исключает сложные и дорогостоящие модификации светового источника. Так как нанослой и оптоволокно обладают гладкой поверхностью, они достаточно легко притягиваются друг к другу междуатомными взаимодействиями. Люминесценция нанослоя возбуждается под влиянием света и может приобретать различные цвета, в зависимости от металла, из которого состоит металл-органический каркас», — рассказал главный научный сотрудник лаборатории металл-органических координационных полимеров ИНХ СО РАН доктор химических наук Андрей Сергеевич Потапов.
Для демонстрации инструмента сибирские специалисты совместно с коллегами из Национального медицинского центра им. В. А. Алмазова (Санкт-Петербург) и Национального научного центра морской биологии им. А. В. Жирмунского Дальневосточного отделения РАН (Владивосток) используют в качестве объекта изучения генетически модифицированных рыбок данио-рерио, которые полностью прозрачны. С помощью эндоскопа и подсветки удается провести осмотр внутренних органов животного. При этом, как показал эксперимент, подобная эндоскопия оказалась абсолютно безопасной для рыбки не только во время процедуры, но и после извлечения зонда. Каркас нетоксичен и прочно связан с поверхностью оптоволокна, поэтому его отделение внутри организма полностью исключено.
По мнению авторов, конструкция, состоящая из двумерного металл-органического каркаса и оптоволокна, в будущем может стать вспомогательной технологией для биомедицинской визуализации в научных исследованиях и для модернизации оптоэлектронных устройств. Она также открывает дорогу к созданию новых малоинвазивных и многоразовых оптических зондов для диагностики и световой терапии.
Текст: Кирилл Сергеевич.
Источник: «Наука в Сибири».