Físicos rusos de la Universidad ITMO han descubierto que las nanopartículas de silicio esféricas se pueden calentar eficazmente y emitir luz simultáneamente dependiendo de su temperatura. Según los científicos, estas propiedades, junto con una buena biocompatibilidad, tienen aplicaciones en terapia fototérmica y nanocirugía. Los investigadores planean controlar el calentamiento de las partículas de silicio en el futuro para quemar internamente las células cancerosas sin afectar el tejido sano. Los resultados aparecieron en la prestigiosa revista Nano letras .

Al realizar terapia fototérmica y nanocirugía, los médicos inyectan nanopartículas de metales biocompatibles como el oro en el cuerpo humano, concentrarlos en un tumor e irradiarlos con un láser. Los tejidos biológicos son transparentes a la luz infrarroja, pero las nanopartículas de metal lo absorben bien y lo convierten en calor que quema las células cancerosas. Sin embargo, medir la temperatura local de las nanopartículas de oro es una tarea extremadamente difícil que, si no se hace correctamente, podría provocar un sobrecalentamiento y daños en los tejidos sanos.

En el nuevo estudio, Las nanopartículas de silicio resonante se calientan incluso más rápido que las nanopartículas de oro debido a sus mejores propiedades de resonancia y pueden señalar su temperatura mediante la dispersión de luz con diferentes longitudes de onda. Este efecto se conoce en óptica como dispersión Raman. Es más, esta dispersión se puede registrar sin dispositivos complejos o sistemas de vacío que se requieren para capturar señales de metales.

"Las nanopartículas de oro se utilizan ampliamente en la terapia fototérmica, fotoquímica y nanocirugía. Pero la respuesta óptica de tales agentes no da información sobre cuánto se calientan, porque los metales nunca vuelven a emitir la señal de luz Raman. También se sabía que el silicio tiene una respuesta óptica que cambia fuertemente con la temperatura. Pero nadie imaginó que una nanopartícula de silicio podría usarse como un calentador eficiente, aunque tiene pérdidas ópticas significativamente menores que el oro, "dice George Zograf, estudiante de posgrado del Departamento de Nano-Fotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO.

Sabiendo que la respuesta óptica del silicio depende en gran medida de la temperatura y que es biocompatible, Los investigadores probaron la eficacia con la que se calientan las nanopartículas y la precisión con la que se puede medir la temperatura. Los investigadores elevaron la temperatura de las nanopartículas de silicio iluminándolas con un láser y registrando la señal Raman emitida. lo que permitió la detección simultánea de temperatura.

Mientras tanto, en contraste con las nanoesferas doradas, las partículas de silicio probadas fueron cuatro veces más eficientes en convertir la radiación láser en calor. Esto permitiría cambiar la temperatura de las nanopartículas utilizando un rayo láser menos potente sin calentar el tejido sano cercano.

Los investigadores creen que las nanopartículas semiconductoras pueden ser una alternativa más barata y segura al metal. "En el futuro, uno podrá matar las células cancerosas con alta precisión calentándolas con la ayuda de tales nanosistemas. El control óptico en tiempo real de su temperatura evitará que las células sanas se sobrecalienten sin control. "concluye Sergey Makarov, investigador senior del Departamento de Nanofotónica y Metamateriales de la Universidad ITMO.