Впродовж останніх років надзвичайно активно досліджується такий широкий клас матеріалів із унікальними властивостями, як нанодисперсні матеріали. Одними з найцікавіших серед них – як із теоретичної, так і з практичної точки зору – є люмінесцентні нанокристали й наноструктуровані композиційні матеріали. Перехід від об’ємних до нанодисперсних люмінесцентних і сцинтиляційних матеріалів відкриває нові можливості для їх застосування (зокрема як люмінесцентних зондів у живих клітинах) і дає змогу варіювати їх оптичні властивості в широкому діапазоні. Створенням і дослідженням цих матеріалів активно й плідно займаються науковці лабораторії фізики люмінесцентних та сцинтиляційних матеріалів Інституту сцинтиляційних матеріалів (ІСМА) НАН України, розташованого в Харкові.
Зразки нанодисперсних люмінесцентних матеріалів, одержаних ученими лабораторії фізики люмінесцентних та сцинтиляційних матеріалів ІСМА НАН України |
Слід зауважити, що неорганічні нанокристали впродовж порівняно нетривалого часу їх вивчення встигли зарекомендувати себе як ефективні матеріали для люмінесцентної, дисплейної та лазерної техніки. Крім того, на їх основі створюють різноманітні сенсори. Ці нанокристали вважаються надзвичайно перспективним класом матеріалів, призначених для потреб сучасної медицини, оскільки їх можна застосовувати як потенційні люмінесцентні мітки й зонди. Нещодавно було встановлено, що деякі наночастинки навіть здатні впливати на перебіг процесів метаболізму у живій клітині: наприклад, введення у клітину редокс-активних наночастинок діоксиду церію дає змогу знижувати в ній концентрацію активних форм кисню. Справа в тому, що активні форми кисню (на кшталт гідроксил-радикалів, супероксид-аніону й перекису водню) є одними з найпоширеніших продуктів клітинного метаболізму та ключовим посередником при передачі сигналів усередині клітини. Проте понаднормове зростання концентрації активної форми кисню (АФК) може призводити до вкрай негативних наслідків (таких як окиснення клітинних мембран), що в, свою чергу, виявляються у серйозних захворюваннях. З огляду на це надзвичайно важливим є контроль концентрації АФК в клітині. Він може здійснюватися як власними системами клітини (наприклад ферментами), так і окремими хімічними молекулами. При цьому переважна більшість хімічних антиоксидантів, що існують у вигляді органічних молекул, у процесі виконання своєї функції руйнуються, адже не здатні до регенерації.
Останнім часом було виявлено унікальні антиоксидантні властивості нанокристалів діоксиду церію, які можуть відновлювати свої властивості в біологічному оточенні, що обумовлено постійною зміною валентності іонів церію з +3 на +4, і навпаки. Це суттєво відрізняє нанокристали CeO2 від хімічних антиоксидантів: на відміну від інших наночастинок, що використовуються виключно як пасивні наноконтейнери для доправлення лікарських засобів усередину живих клітин, нанокристали CeO2, постійно регенеруючись, самі спроможні впливати на окиснювальні процеси на клітинному рівні.
Здійснивши низку експериментів, вчені лабораторії фізики люмінесцентних та сцинтиляційних матеріалів ІСМА НАН України вперше довели, що антиоксидантні властивості нанокристалів CeO2 можна контролювати за допомогою методів оптичної спектроскопії. Науковці цього академічного інституту встановили, що нанокристали CeO2 не мають власної люмінесценції, однак при взаємодії з активними формами кисню набувають люмінесценції іонів Ce3+, інтенсивність якої змінюється залежно від кількості АФК. Це відкриває широкі можливості дослідження динаміки процесів нейтралізації АФК нанокристалами CeO2 – як у модельних системах, так й in vitro, при введенні таких наночастинок до культури живих клітин.
У згаданій лабораторії вже впродовж багатьох років триває розроблення люмінесцентних композитних матеріалів на основі нанопористих ксерогелей SiO2, синтезованих за допомогою золь-гель методу. Тому їх називають також золь-гель матрицями. Ці матриці є простими у виготовленні, хімічно стабільними, не потребують здійснення додаткової механічної обробки, мають широкий діапазон прозорості. До того ж розмір і форму кінцевого виробу можна досить легко варіювати. Висока пористість золь-гель матриць дає змогу вводити в них різні добавки – люмінофори, барвники, неорганічні квантові точки й органічні сцинтилятори. Завдяки цьому вченим лабораторії вдалося створити низку нових композитних люмінесцентних і сцинтиляційних матеріалів із заданими характеристиками, призначених для різних технічних застосувань.
Варто зауважити, що наукові досягнення співробітників лабораторії фізики люмінесцентних та сцинтиляційних матеріалів ІСМА НАН України неодноразово відзначалися Преміями Президента України, Преміями Верховної Ради для молодих учених, стипендіями НАН України та Харківської обласної державної адміністрації. Результати діяльності вчених оприлюднено у понад 70-ти наукових публікаціях. Наразі дослідники ІСМА НАН України продовжують і активно поглиблюють співпрацю з колегами із наукових установ Польщі, Казахстану та КНР.
Молоді вчені – співробітники лабораторії фізики люмінесцентних та сцинтиляційних матеріалів ІСМА НАН України |
За інформацією ІСМА НАН України