Разработка научных основ создания люминесцентных биомаркеров на основе комплексов редкоземельных элементов для биомедицины

Грант (участник)

https://istina.msu.ru/projects/94668626/ Исследование направлено на разработку фундаментальных основ для создания люминесцентных биомаркеров на основе новых комплексов редкоземельных элементов (КРЗЭ) для применения в биомедицине. Это подразумевает изучение природы люминесценции комплексов, исследование молекулярных взаимодействий и механизмов взаимного влияния наносистем и окружающей среды на свойства друг друга, а также разработку методов управления люминесцентными и сорбционными свойствами КРЗЭ в суспензиях и биосистемах для решения задач диагностики и терапии в медицине, а также для создания сверхчувствительных методик изучения процессов на молекулярном уровне.

Влияние плотности мощности возбуждающего излучения на интенсивность различных полос люминесценции комплексов NaYF4:Yb/Tm

Публикация в сборнике тезисов или трудов после конференции

https://istina.msu.ru/conferences/presentations/367989098/ В современной биологии и медицине большое внимание уделяется разработке методов неинвазивного исследования процессов, протекающих в живых организмах. Одним из наиболее перспективных является метод оптической визуализации, основанный на использовании специальных наночастиц-маркеров, обладающих интенсивной люминесценцией при оптическом возбуждении. При этом одной из наиболее сложных проблем, сдерживающих прогресс в этой области, является проблема выделения полезного сигнала люминесценции наночастиц на фоне т.н. «аутолюминесценции» - собственной люминесценции биологической среды. На данный момент активно развиваются подходы, использующие наночастицы на основе ионов лантаноидов, обладающих интенсивной антистоксовой люминесценцией при возбуждении излучением ближнего ИК-диапазона. При реализации режима антистоксовой люминесценции проблема «аутолюминесценции» устраняется, что делает наночастицы на основе лантаноидов весьма интересными с точки зрения биомедицинских приложений. Как правило, наночастицы на основе лантаноидов состоят из кристаллической матрицы, легированной специально подобранными ионами редкоземельных элементов. Механизм антистоксовой люминесценции в наночастицах лантаноидов реализуется за счет передачи энергии возбуждающего излучения от иона сенсибилизатора иону активатора. Этот процесс достаточно сложен и задействует большое количество энергетических уровней ионов лантаноидов. Спектр люминесценции наночастиц состоит из набора полос разной интенсивности, расположенных в видимой области спектра. Люминесцентные свойства наночастиц зависят от многих параметров, таких как концентрация ионов лантаноидов, плотность мощности возбуждающего излучения, размер частиц и т.д. Важнейшей задачей является разработка и уточнение моделей формирования люминесцентного отклика наночастиц на основе лантаноидов при лазерном возбуждении, а также определение условий применимости этих моделей. В данной работе исследовались суспензии новых синтезированных наночастиц NaYF4:Yb/Tm в ДМСО. Концентрация ионов сенсибилизатора (иттербия) и активатора (тулия) составляла 18,0% и 1,0%, соответственно. Были зарегистрированы спектры фотолюминесценции суспензий в диапазоне 400-900 нм при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 980 нм и построены зависимости интенсивности наиболее интенсивных полос люминесценции тулия (800, 475 и 450 нм) от плотность мощности возбуждающего излучения. Полученные результаты позволяют уточнить модели фотофизических процессов при формирования люминесцентного отклика наночастиц на основе лантаноидов при лазерном возбуждении.

Влияние водородного показателя среды на люминесцентные свойства ап-конверсионных частиц на основе лантаноидов

Публикация в сборнике тезисов или трудов после конференции

https://istina.msu.ru/conferences/presentations/367989173/ В современной биологии и медицине большое внимание уделяется разработке методов неинвазивного исследования и контроля процессов, протекающих в живых организмах. Одним из наиболее перспективных является метод оптической визуализации с использованием люминесцирующих маркеров [1]. Данный метод основан на внедрении в клетки и ткани специально синтезированных частиц, обладающих люминесцентными свойствами. В качестве таких маркеров широко используются молекулы органических красителей, комплексы на основе металлических частиц, углеродных наночастиц, квантовых точек и т.д. Среди большого разнообразия люминесцентных маркеров особо выделяются комплексы на основе лантаноидов, люминесцирующие в антистоксовой области – т.н. ап-конверсионные частицы [2]. Их отличительной особенностью является способность поглощать фотоны в ближнем ИК-диапазоне с последующим излучением в видимой области спектра. Наличие антистоксовой люминесценции у этих частиц позволяет решить проблему выделения полезного сигнала люминесценции маркера на фоне интенсивной стоксовой люминесценции самой биоткани, а также увеличить глубину проникновения излучения в биоткань, что существенно расширяет возможности диагностики. Интенсивность и форма спектра люминесценции ап-конверсионных наночастиц зависит от целого ряда факторов: химической природы вещества матрицы, используемых ионов лантаноидов, температуры и взаимодействия с молекулами окружения. Последнее особенно важно в контексте использования маркеров в биологических средах. Одним из ключевых параметров, характеризующих среду, является значение водородного показателя pH, которое может варьироваться в живых организмах в достаточно широких пределах. В настоящей работе исследовалась зависимость люминесцентных свойств комплексов на основе кристаллических матриц NaGdF4 и NaYF4, легированных парами ионов Yb, Er и Yb, Tm, с различным покрытием в водных суспензиях от величины pH суспензии. В работе были получены зависимости интенсивности люминесценции комплексов в области 400-850 нм при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 980 нм от значения pH, которое варьировалось в диапазоне от 3 до 8. Было установлено, что люминесцентные свойства большинства исследованных комплексов, в целом, стабильны в данном диапазоне значений pH. Литература 1. R.Weissleder, M.J. Pittet. Imaging in the era of molecular oncology // Nature, 2008, 452(7187): 580-589. 2. S. A. Hilderbrand, F. W. Shao, C. Salthouse, U. Mahmood, R. Weissleder. Upconverting luminescent nanomaterials: application to in vivo bioimaging. // Chem. Commun., 2009, 28: 4188.

Dependence of luminescent properties of lanthanide-based nanocomplexes on their interactions with surrounding molecules in aqueous suspensions

Публикация в сборнике тезисов или трудов после конференции

https://istina.msu.ru/conferences/presentations/342716589/

https://istina.msu.ru/workers/281328724/

Регистрация в системе «Истина»