Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Наноқабық, немесе наноқабық плазмоны – жұқа металл қабықпен (әдетте алтын) қапталған диэлектрлік ядродан тұратын шар тәрізді нанобөлшектің түрі. Бұл наноқабықтар плазмон деп аталатын квазибөлшекті қамтиды, ол электрондардың барлық иондарға қатысты бір мезгілде тербелісін қамтитын ұжымдық қоздыру немесе кванттық плазма тербелісі болып табылады. Бұл бір мезгілдегі тербеліс плазмондық гибридтелу деп аталады, онда тербелістің реттелуі ішкі және сыртқы қабықтардың араласуымен байланысты, олар гибридтеліп, төмен немесе жоғары энергияны тудырады. Төменгі энергия кіріс жарықпен күшті байланысады, ал жоғары энергия анти-байланыс болып табылады және кіріс жарықпен әлсіз байланысады. Гибридтелу өзара әрекеттесуі қабық қабаттары жұқа болғанда күштірек болады, сондықтан қабықтың қалыңдығы және бөлшектің жалпы радиусы жарықтың қандай толқын ұзындығымен байланысатынын анықтайды. Наноқабықтар көрінетін және жақын инфрақызыл аймақтарды қамтитын кең спектрде өзгеруі мүмкін. Жарық пен нанобөлшектердің өзара әрекеттесуі зарядтардың орналасуына әсер етеді, бұл байланыс күшін өзгертеді. Субстратқа параллель поляризацияланған жарық s поляризациясын тудырады (1b сурет), сондықтан зарядтар субстрат бетінен алыс орналасып, қабық пен ядро арасындағы өзара әрекеттесуді күшейтеді. Әйтпесе, p поляризациясы пайда болады, ол плазмон энергиясын күшті түрлендіріп, әлсіз өзара әрекеттесу мен байланысқа әкеледі.
A nanoshell, or rather a nanoshell plasmon, is a type of spherical nanoparticle consisting of a dielectric core which is covered by a thin metallic shell (usually gold). These nanoshells involve a quasiparticle called a plasmon which is a collective excitation or quantum plasma oscillation where the electrons simultaneously oscillate with respect to all the ions. The simultaneous oscillation can be called plasmon hybridization where the tunability of the oscillation is associated with mixture of the inner and outer shell where they hybridize to give a lower energy or higher energy. This lower energy couples strongly to incident light, whereas the higher energy is an anti bonding and weakly combines to incident light. The hybridization interaction is stronger for thinner shell layers, hence, the thickness of the shell and overall particle radius determines which wavelength of light it couples with. Nanoshells can be varied across a broad range of the light spectrum that spans the visible and near infrared regions. The interaction of light and nanoparticles affects the placement of charges which affects the coupling strength. Incident light polarized parallel to the substrate gives a s polarization (Figure 1b), hence the charges are further from the substrate surface which gives a stronger interaction between the shell and core. Otherwise, a p polarization is formed which gives a more strongly shifted plasmon energy causing a weaker interaction and coupling.
Ашылу
Наноқабықты 2003 жылы Райс университетінің профессоры Наоми Халас және оның командасы ашқан. Ол және оның командасы наноқабықтарды тапқанда, бастапқыда олардың қандай мүмкіндіктері бар екеніне көз жеткізбеді. "Біз: «Бұл не үшін пайдалы болуы мүмкін?» - дедік", - деп CNN тілшісіне мәлімдеді Халас. Көптеген ұсыныстардан кейін, биоинженерлермен бірлескен жұмыстар нәтижесінде қатерлі ісіктерді емдеу мүмкіндігі пайда болды. Халас: «Біздің мақсатымыз – бір реттік диагностика және қатерлі ісікті емдеу», - деді. 2003 жылы Халас «Нанотехнологиялардың қазіргі жағдайы» ұйымының «2003 жылғы ең жақсы жаңалық» сыйлығына ие болды.) Наноқабықтарды синтездеудің алғашқы қадамы – реакция жүргізілетін құрылғыны жасау болып табылады. Микрофлюидтік құрылғылардың үлгілері стандартты фотолитография әдісімен SU 8 2050 теріс фоторезистін қолдану арқылы кремнийлі пластиналарға жасалды. Содан кейін құрылғылар жұмсақ литография техникасын пайдаланып поли(диметилсилоксан) (PDMS) қалыптарына құйылды. (40) Қысқаша айтқанда, PDMS СU 8 қалыптарына 70°C температурада 4 сағатқа қалыптастырылды, қабығынан ажыратылды, кесілді және тазартылды. Құрылғыға кіретін және шығатын тесіктер (1/16 дюйм сыртқы диаметрі) тесілді. Микроканалдар қысқа 35 секундтық ауа плазмасымен өңделгеннен кейін PDMS-тың жұқа қабатымен жабылған шыны слайдқа қайтымсыз жабыстырылды. Микроканалдардың көлденең қимасы тіктөртбұрышты, ені 300 мкм, тереңдігі 155 мкм және ұзындығы 0,45 м. Алтын қабықшалар қатерлі ісіктерді емдеу және биобейнелеуді жақсарту үшін қолданылады. Тераностикалық зондтар – бір емдеу кезінде қатерлі ісікті анықтауға және емдеуге қабілетті – нанобөлшектер болып табылады, олардың қабығында қажетті орынға (әдетте қатерлі жасушаларға) бекінуге мүмкіндік беретін байланыс орындары бар, содан кейін оларды қос режимді бейнелеу (рентген сәулелері мен радионуклидтік бейнелеуді қолданатын бейнелеу стратегиясы) және жақын инфрақызыл флуоресценция арқылы бейнелеуге болады. Алтын нанобөлшектерін қолдану себебі – олардың мөлшері, геометриясы және беткі плазмондарымен басқарылатын жарқын оптикалық қасиеттеріне байланысты. Алтын нанобөлшектері (мысалы, AuNP) биоүйлесімді және олардың қабығына әртүрлі молекулалар мен негізгі материалдарды қосу мүмкіндігіне ие (алтынға қосылатын кез келген нәрсені алтын наноқабыққа қосуға болады, оны қатерлі ісікке қарсы емдеуде қолдануға болады). Қатерлі ісікке қарсы емдеу плазмоникалық шашырау мен сіңіру арқасында ғана мүмкін. Шашырау кезінде алтынмен қапталған нанобөлшектер бөлшектердің мөлшері мен геометриясына байланысты дұрыс толқын ұзындығына бейімделген бейнелеу процестерінде көрінеді. Сіңіру кезінде фототермиялық абляция жүреді, ол нанобөлшектерді және олардың жақын аймағын қатерлі жасушаларды өлтіруге қабілетті температураға дейін қыздырады. Бұл «су терезесін» (800 мен 1300 нм арасындағы спектрлік диапазон) пайдалану арқылы денедегі жасушаларға минималды зиян келтіру арқылы жүзеге асырылады. Бұл процесс жақсы жұмыс істейді, өйткені ісіктердің шамамен ¾ бөлігі макрофагтардан тұрады және моноциттер ісікке енгеннен кейін макрофагтарға айналады, олар жүк нанобөлшектерін ұстауға да қажет. Наноқабықшалар некроздық ортаға жеткеннен кейін, ісікті жою үшін жақын инфрақызыл сәулелену қолданылады. Сонымен қатар, осы нанобөлшектер фотоактивация кезінде антисенс ДНК олигонуклеотидтерін босатуға қабілетті. Бұл олигонуклеотидтер гендік терапияны жүргізу үшін фототермиялық абляциямен бірге қолданылады. Бұл нанобөлшектер кешендері жасушалардың ішіне жеткізіліп, содан кейін олардың бетінен жарық әсерінен ДНК босатылуына ұшырайды. Бұл жасушаның ішкі манипуляциясына мүмкіндік береді және жасушалардың тепе-теңдікке оралуын бақылау құралын ұсынады. Наноқабықтың плазмоникасын қатерлі ісіктерді емдеуде қолданудың тағы бір мысалы – дәрілерді нанобөлшектердің ішіне салып, оны уытты дәрілерді тек қана қатерлі ісікке жеткізу үшін көлік құралы ретінде пайдалану. Бұл нанобөлшектің сыртын темір оксидімен қаптау арқылы жүзеге асырылады (МРТ аппаратымен оңай бақылауға мүмкіндік береді), содан кейін ісік аймағы дәрілік заттармен толтырылған нанобөлшектермен қапталғаннан кейін, нанобөлшектерді резонанстық жарық толқындары арқылы белсендіріп, дәріні босатуға болады.
The discovery of the nanoshell was made by Professor Naomi J. Halas and her team at Rice University in 2003. When she and her team discovered nanoshells, they weren't initially sure what potential such nanoshells held. "We said, 'Gee, what could it be good for?'" Halas told CNN. After many suggestions, cancer therapy came out of ongoing collaborations with bioengineers looking for different types of biomedical applications. "One of our visions", Halas stated, "no less than single visit diagnosis and treatment of cancer". In 2003 Halas was awarded for Best Discovery of 2003 by Nanotechnology Now.) The first step in synthesizing nanoshells in this method is by creating the device for the reaction to take place within. Microfluidic device patterns were fabricated onto silicon wafers by standard photolithography using negative photoresist SU 8 2050. Devices were subsequently molded in poly(dimethyl siloxane) (PDMS) using the soft lithography technique. (40) Briefly, PDMS was molded onto the SU 8 masters at 70 °C for 4 h, peeled, cut, and cleaned. Inlet and outlet holes (1/16 in. o. d.) were punched into the device. The microchannels were irreversibly bonded to a glass slide precoated with a thin layer of PDMS after a brief 35 s air plasma treatment. The microchannels have rectangular cross section and are 300 μm wide, 155 μm deep, and 0.45 m long. and gold shells, are used in cancer therapy and bio imaging enhancement. Theranostic probes – capable of detection and treatment of cancer in a single treatment – are nanoparticles that have binding sites on their shell that allow them to attach to a desired location (typically cancerous cells) then can be imaged through dual modality imagery (an imaging strategy that uses x rays and radionuclide imaging) and through near infrared fluorescence. The reason gold nanoparticles are used is due to their vivid optical properties which are controlled by their size, geometry, and their surface plasmons. Gold nanoparticles (such as AuNPs) have the benefit of being biocompatible and the flexibility to have multiple different molecules, and fundamental materials, attached to their shell (almost anything that can normally be attached to gold can be attached to the gold nano shell, which can be used in helping identifying and treating cancer). The treatment of cancer is possible only because of the scattering and absorption that occurs for plasmonics. Under scattering, the gold plated nano particles become visible to imaging processes that are tuned to the correct wavelength which is dependent upon the size and geometry of the particles. Under absorption, photothermal ablation occurs, which heats the nanoparticles and their immediate surroundings to temperatures capable of killing the cancer cells. This is accomplished with minimal damage to cells in the body due to the utilization of the "water window" (the spectral range between 800 and 1300 nm). This process works so well since tumors are about ¾ macrophages and once monocytes are brought into the tumor, it differentiates into macrophages which would also be need to maintain the cargo nanoparticles. Once the nanoshells are at the necrotic center, near infrared illumination is used to destroy the tumor associated macrophages. Additionally, these nanoparticles can be made to release antisense DNA oligonucleotides when under photo activation. These oligonucleotides are used in conjunction with the photo thermal ablation treatments to perform gene therapy. This is accomplished because nanoparticle complexes are delivered inside of cells then undergo light induced release of DNA from their surface. This will allow for the internal manipulation of a cell and provide a means for monitoring a group cells return to equilibrium. Another example of nanoshell plasmonics in cancer treatment involves placing drugs inside of the nanoparticle and using it as a vehicle to deliver toxic drugs to cancerous sites only. This is accomplished by coating the outside of a nanoparticle with iron oxide (allowing for easy tracking with an MRI machine), then once the area of the tumor is coated with the drug filled nanoparticles, the nanoparticles can be activated using resonant light waves to release the drug.