Робота присвячена встановленню закономірностей формування та стабілізації систем поліфункціональних наноструктурних матеріалів на основі благородних металів. Розроблено експериментальні підходи для спрямованого синтезу наночастинок срібла та золота, а також їх біметалевих композицій, та одержано біологічно активні наносистеми на їх основі з керованими оптичними властивостями та морфологією.
Запропоновано експериментальний підхід для одержання наночастинок (НЧ) золота у водному середовищі у присутності амінокислоти природного походження триптофану як біосумісного відновника йонів металів і стабілізатора утворених НЧ. Показана ефективність такого підходу в біохімічних дослідженнях, а саме: виявлено, що застосування амінокислоти дозволяє позбутися токсичного впливу реагентів, які зазвичай використовуються в процесі синтезу НЧ, типу сильних відновників та стабілізаторів у вигляді поверхнево-активних речових.
Вирішена важлива проблема стабілізації наночастинок металів у такій системі та досягнута тривала стійкість розчинів (більше 3 років). Показано, що для одержання стабільних і монодисперсних наночастинок, хімічне відновлення йонів металів необхідно проводити у лужному середовищі при температурі кипіння. При цьому контроль параметрів одержаних наночастинок визначається вихідними концентраціями та співвідношеннями реагентів.
У синтезованих системах утворюються сферичні частинки розміром до 30 нм, що підтверджено методом електронної мікроскопії. За даними абсорбційної та мас-спектрометрії визначено, що трансформація триптофану в таких системах проходить через кінуреніновий шлях, аналогічно до перетворення амінокислоти в організмі людини. Тобто і триптофан, і продукти його окиснення є біосумісними і сприяють зниженню токсичності нанооб’єктів.
Визначено оптимальні експериментальні умови для одержання ряду стабільних монометалевих і біметалевих наночастинок типу сплаву з різним співвідношенням металів та продемонстрована залежність їхньої біологічної активності від вмісту металів у наночастинці в експериментах на клітинних лініях (in vitro). Показано, що склад НЧ є фактором, що визначає як оптичні властивості (положення смуги локалізованого плазмонного резонансу в спектрах поглинання), так і протипухлинну активність НЧ.
Нанорозмірні системи металів мають характерне жовте (срібло) та червоне (золото) забарвлення, що відображається у спектрах поглинання як смуги локалізованого поверхневого плазмонного резонансу (ЛППР) металів із максимумами, розташованими у видимій області при 420 та 525 нм відповідно. У випадку біметалевих НЧ «срібло/золото» (AgAu) типу сплаву максимум смуги ЛППР розміщується між максимумами смуг індивідуальних металів, і залежить від їх вмісту в частинці – смуга зміщується у довгохвильову область (від характерних для срібла до таких для золота) поступово у відповідності зі зменшенням мольного співвідношення металів Ag:Au у наночастинці.
Одержано біметалеві наночастинки «срібло/золото» типу «ядро-оболонка», для чого використано метод послідовного відновлення іонів металів. Такі НЧ характеризуються наявністю однієї смуги ЛППР у спектрах поглинання, а її положення залежить від розподілу металів у межах НЧ. Про утворення оболонки металу на поверхні іншого свідчить виникнення нової смуги поглинання ЛППР після зникнення смуги поглинання попередньо сформованого «ядра». Такий процес відбувається для обох систем Ag ядро Au оболонка та Au ядро Ag оболонка.
Показано, що склад і топологія наночастинок є факторами, які визначають їх протипухлинну активність. Виявлено, що в умовах експерименту in vivo з карциномою легені Льюїс мишей найбільш ефективні біметалеві наночастинки типу Ag ядро Au оболонка, які можуть стати основою ефективних протипухлинних наноматеріалів.
Для одержання низькотоксичних високоефективних наночастинок металів, у тому числі наноструктур типу «ядро-оболонка», розроблено метод фотохімічного відновлення йонів металу в присутності триптофану з використанням світла ультрафіолетового діапазону, яке активує окисно-відновний процесс при нижчих температурах і дозволяє змінювати характеристики одержуваних НЧ залежно від параметрів опромінення системи.
Запропоновано хімічний та фотохімічний методи синтезу ряду магніто-плазмонних наноструктур, які містять магнітне ядро оксиду заліза (Fe3O4) та оболонку благородного металу та показана можливість застосування розроблених систем як засобів керованої доставки та фототермальної терапії.
Ключові слова: наночастинки металів, локалізований плазмонний резонанс, нанорозмірні системи, золото, срібло, біметалеві, наночастинки типу сплаву та «ядро-оболонка», триптофан, біологічна активність, магніто-плазмонні нанокомпозити.
