كيف يمكن لجسيمات الذهب النانوية أن تجعل أورام القتل أسهل

تكبير / جسيمات نانوية (نقاط سوداء) تجلس في بقايا خلية لقد ساعدوا في القتل. جامعة ميشيغان

إحدى طرق القضاء على السرطان هي طهي الطعام ، لأن الحرارة يمكن أن تحدث قتل الخلايا. الحيلة ، بالطبع ، هي فقط طهي السرطان و ليس الأنسجة المحيطة. للقيام بذلك ، تحتاج إلى أن يكون فكرة دقيقة عن مدى الورم ، آلية دقيقة ل تقديم الحرارة ، ومقياس حرارة لعنة جيدة. قد يفاجئك لمعرفة أن الجسيمات النانوية الذهبية تقوم بعمل جيد للغاية لتحقيقه أول إثنين. أما الثالث ـ وهو مقياس حرارة جيد ـ فقد استعصى على الباحثين لبعض الوقت. ولكن الآن يبدو أن جسيمات الذهب النانوية قد تفعل ذلك توفير تريفيكتا الكامل.

غرق ورم من الذهب المنصهر

بعض أنواع السرطان – تلك التي يتخيلها معظم الناس عندما يفكرون فيها السرطان – شكل كتل من الأنسجة. في مرحلة ما ، هذه الكتل تتطلب أ إمدادات الدم. مرة واحدة الموردة مع الأوعية الدموية ، لا يمكن للورم تنمو فقط ، ولكن لديها نظام نقل متاح بسهولة ل تسليم الخلايا التي يمكن أن تنشر السرطان في جميع أنحاء الجسم. بالنسبة للمريض ، هذه ليست أخبارًا جيدة.

تطوير إمدادات الدم يفتح التصوير الجديد و خيارات العلاج ، على الرغم من. أورام السرطان ليست منظمة تنظيما جيدا الأنسجة مقارنة بالأنسجة السليمة مثل أنسجة العضلات أو الكلى. وبالتالي هناك الكثير من الزوايا والكراني في الورم الذي يمكن أن يصيد صغيرًا حبيبات. وهذا الفوضى هو بالضبط ما الباحثين نأمل في الاستفادة من. يتم حقن جزيئات الذهب في تيار الدم؛ هذه الخروج من إمدادات الدم ، ولكن ، في معظم الحالات الجسم ، فإنها تحصل على تنظيفها بسرعة. باستثناء ذلك ، داخل الأورام ، و الجسيمات النانوية لودج في كل مكان.

هذا الميل للأورام لجمع جزيئات الذهب النانوية ينتج عنه علامة لطيفة يمكن استخدامها لتصوير السرطان. إلى عن على على سبيل المثال ، سوف تتوهج جزيئات الذهب النانوية الزاهية عند اللمعان الضوء عليها (الضوء الأحمر عادة). يمكن تصوير هذا التوهج ، حتى إذا كان الورم عميقًا جدًا في الجسم. بدلا من ذلك ، الذهب يمكن ربط الجسيمات النانوية بعامل تباين مصمم لإظهاره في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. حتى الأشعة السينية التصوير يمكن استخدامها.

ويمكن للجسيمات النانوية أن تساعد في قتل السرطانات أيضًا. عندما تشرق ضوء على الجسيمات النانوية الذهبية ، فإنه لا يتوهج فقط مشرق ، فإنه أيضا مع ارتفاع درجات الحرارة. لذلك ، من حيث المبدأ ، يمكنك تسليط الضوء من خلال الليزر الجلد والمحلية تسخين السرطان إلى نقطة حيث الورم يتم قتل الخلايا.

المشكلة هي الحكم على العلاج بشكل صحيح: إذا تقدمت أيضًا الكثير من الحرارة ، سوف تتلف الأنسجة المحيطة. إذا كنت لا تنطبق حرارة كافية ، لن تتضرر الورم. لضرب بقعة حلوة بين الاثنين باستمرار ، سوف تحتاج إلى أن تكون قادرة على قياس درجة حرارة الجسيمات النانوية. وهذا من شأنه تمكين نوع من العلاج الموجه.

رؤية الحرارة

يمكن للطريقة التي تضيء الجسيمات متناهية الصغر تحتوي على معلومات حول درجة الحرارة. اتقان العلاج ، إذن ، هو مجرد مسألة لاستخراج هذه المعلومات. لذلك دعونا الحصول على الفوضى وإلقاء نظرة على تفاصيل.

عندما يضرب ضوء الليزر المعدن ، والإلكترونات ، والتي هي مجانية ل التحرك ، مطاردة المجال الكهربائي للضوء. هكذا ، مثل الضوء الحقل الكهربائي يغير السعة والاتجاه ، ويشعر الإلكترونات يتم دفع قوة الميدان جيئة وذهابا.

في الجسيمات النانوية ، لا تملك الإلكترونات مساحة كبيرة للتحرك حول. وهكذا ، عندما يحرك الضوء الإلكترونات ، يمكن للإلكترونات الذبح فقط من نهاية الجسيمات النانوية إلى أخرى. هذا هو يشبه إلى حد كبير الماء في وعاء. هز وعاء في التردد الصحيح وسوف تتراكم موجات المياه حتى ينتهي الأمر بالأقدام الرطبة. وذلك لأن القدر اهتز على تردد الرنين موجات الترهل حولها. وينطبق الشيء نفسه على الذهب الجسيمات النانوية: تألق ضوء اللون المناسب على الجسيمات ، و سيتم تشغيل الإلكترونات عند رنين يسمى بلازم السطح صدى.

قوة هذه التذبذبات هي التي تصنع الذهب تتوهج الجسيمات النانوية الزاهية: فهي تحتوي على عدد كبير من تسارع الإلكترونات ذهابًا وإيابًا ، مشعةً الطاقة كالفوتونات. لا تتوهج الجسيمات النانوية حصريًا بنفس لون الجسيمات ضوء الليزر أشرقنا عليه. كمية كبيرة من الضوء لديه لون أكثر احمرارًا ، وكمية صغيرة لها لون أكثر تشويشًا.

الشيء الرئيسي لهذا العمل الجديد هو أن هذه التحولات الألوان درجة الحرارة تعتمد.

الإلكترونات تشبه قليلا الغاز الذي يتدفق عبر هيكل شبكي للنواة الذهبية ، التي تشبه شبكة ثلاثية الأبعاد. ال السرعة التي تتحرك فيها تعطى بواسطة درجة الحرارة. في أخرى الكلمات ، ودرجة الحرارة هي مقياس لمتوسط ​​الطاقة لل الإلكترونات.

اهتزازات جيدة

الإلكترونات ليست مشغلات دقيقة ، تتنقل بعناية بين نوى الذهب. بدلا من ذلك ، انهم يهتمون مثل الكرة على طاولة الكرة والدبابيس ، تصطدم في نواة كل الفمتوثانية أو نحو ذلك. متى يفعلون ، يمكن أن تفقد الطاقة عن طريق وضع نوى الذهب تهتز (مما يجعل جيرانها يهتز ، مثل الموجة الصوتية الناتجة يسافر بعيدا عن موقع الاصطدام). يمكن للإلكترون اكتسب الطاقة أيضًا إذا أصاب نوى تهتز بالفعل. ال الاهتزازات من نوى الذهب تمثل الطاقة المخزنة في شعرية من النواة ، وهناك دائما بعض الاهتزازات حاضر.

وهذا يعني أن هناك اثنين من درجات الحرارة ذات الصلة: درجة حرارة الإلكترونات ودرجة حرارة شعرية نوى الذهب. في ظل الظروف العادية ، يتم نقل الطاقة مرة أخرى وإلى الأمام بسرعة كبيرة بين الاثنين ، وبالتالي فإن درجات الحرارة هما دائما تقريبا نفس الشيء.

عند تشغيل الليزر ، يكون هذا التوازن الدقيق بعنف منزعج لأن الإلكترونات تتسارع بالضوء. إذا استطعنا قياس درجة الحرارة ، ونحن سوف تحصل على عدد كبير جدا. في ال في الوقت نفسه ، لا تزال الإلكترونات تصطدم بالنواة. ك نتيجة لذلك ، تبدأ الشبكة في التسخين أيضًا. معظم الطاقة وضعت في هز نواة الذهب حول ينتهي ينتهي نقل إلى العالم الخارجي – الورم في هذه الحالة. هذا ما يمكن أن تستخدم ل اقتله.

وفي الوقت نفسه ، تصدر الإلكترونات الضوء. لأن معظم الإلكترونات تفقد الطاقة إلى الشبكة ، وهج الشمس جسيمات متناهية الصغر يهيمن عليها الألوان التي هي أكثر احمرارا من الضوء المضيء. لكن العملية تسير في الاتجاهين. الإلكترونات ذلك امتصاص الطاقة من اهتزاز شعرية سوف ينبعث الضوء الذي هو bluer من ضوء الليزر الأصلي. هذه العملية أكثر ندرة ، لأن شعرية بارد جدا. ومع ذلك ، كما مع ارتفاع درجات الحرارة شعرية يصل ، شدة الضوء الأزرق ينمو. لذلك ، عن طريق قياس نسبة الضوء الأزرق إلى الأحمر ، يمكنك الحصول على قياس دقيق لل درجة الحرارة.

قياس الحرارة

هذا هو في الواقع تقنية شائعة في فيزياء الاحتراق ، لأنها يسمح للباحثين بقياس درجة حرارة الغازات عن بعد غرف الاحتراق (عادة ما تقيس النيتروجين). لكن تطبيق إلى الجسيمات النانوية هو اقتراح مختلف إلى حد كبير. المشكلة هو أن الرنين الذي يجعل الضوء المنبعث أكثر إشراقا يعمل فقط لبعض الألوان. إذا كانت هذه هي الألوان التي أنت قياس لتتبع درجات الحرارة ، ثم هذا سوف يلقي كل شيء إيقاف. على سبيل المثال ، قد تكون الألوان الحمراء أكثر قوة محسنة من الألوان الزرقاء ، وفي هذه الحالة ، ستقوم بحساب أ درجة حرارة أقل بكثير مما هو عليه في الواقع.

هذا هو المكان الذي تأتي فيه الكيمياء الجيدة والحسابات. عندما الذهب يتم تصنيع الجسيمات النانوية ، من الممكن ضبط شكلها وحجمها بحيث تتشابه الغالبية العظمى من الجزيئات أبعاد. في هذه الحالة ، من الممكن حساب كيفية كل منها ومما يعزز اللون من الرنين. بمجرد أن تأخذ الرنانة تعزيز في الاعتبار ، لديك نموذج مع واحد بالضبط مجانا المعلمة (درجة حرارة شعرية). تناسب البيانات مع النموذج الخاص بك ، ولديك درجة الحرارة.

بمجرد معرفة الطريقة التي تستجيب بها الجسيمات النانوية ، يمكنك أيضًا استخدم ذلك لزيادة دقة قياس درجة الحرارة. كما ترى ، فإن الضوء الأزرق غالبًا ما يتراوح بين 100 إلى 10000 أضعف مرات من الضوء الأحمر (لأن الاهتزازات شعرية هي نادر عندما شعرية بارد). ولكن ، إذا كان إضاءة الليزر يتم اختيار الطول الموجي وشكل الجسيمات النانوية بحيث الضوء الأزرق تتعزز بقوة مقارنة باللون الأحمر ، ثم نسبة الأزرق إلى ضوء أحمر يقترب واحد. وهذا يعني أن الوقت الذي يقضيه التجمع ضوء لإجراء القياس هو أقصر بكثير ، وأكثر دقة يمكن الحصول على درجات الحرارة.

الفكرة كلها رائعة.

ضوء النهار لا يمكن رؤيته

ومع ذلك ، أعتقد أن هذا سيكون صعبًا للغاية لاستخدامه التطبيقات العلاجية. بادئ ذي بدء ، حتى لو كانت الجسيمات النانوية تعزيز الجزء bluer من الطيف الضوئي ، والتدخل سوف الأنسجة مبعثر بشدة. لذلك ، في النهاية ، قد يكون هناك لا يبقى ما يكفي من الضوء الأزرق اليسار للحصول على قياس دقيق في أي المسافة من الورم. وسوف يستغرق أكثر مشاركة حساب لمعرفة كيف أن نثر سوف يغير النسبة المقاسة.

المشكلة الأكبر هي العلاقة بين درجة الحرارة و رنين البلازمون السطحي. كما قلنا ، هذا الرنين يعتمد على شكل الجسيمات. خلال التجارب ، والباحثين التحقق باستمرار من أن الشكل لم يتغير. لماذا يفعلون إفعل ذلك؟ لأن الحرارة التي يولدونها في حين مثيرة سوف تذوب الجسيمات النانوية ، وعندما تفعل ذلك ، فإن الجسيمات النانوية الشكل سيتغير. في الجسم ، لا توجد وسيلة للتحقق من أن لم يتغير الشكل.

في العلاجات العلاجية ، تستخدم الجزيئات الكروية عادة. في هذه الحالة ، لن يكون هناك تغيير في الشكل مع التدفئة. ال البحث ، ومع ذلك ، أجريت على جزيئات على شكل قضيب ، ل أنها تسمح لك لحن وتيرة الرنين وتعزيز الضوء الأزرق. لا توجد إمكانية لضبط كروية الجسيمات النانوية التي تعيدك إلى قلة الضوء الأزرق. هذا يبدو وكأنه الصيد 22.

لذلك ، هذه فكرة رائعة وآمل أن تجعلها أبعد من مختبر. لكن الأمر سيستغرق بضع سنوات لحل الخلل.

Nano Letters، 2017، DOI: 10.1021 / acs.nanolett.7b04145