(PhysOrg.com) -- Oggigiorno, la vita quotidiana sarebbe inconcepibile senza le nanotecnologie. È anche sempre presente nella tecnologia medica, sia nella terapia che nella diagnostica. I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno ora preparato nanoparticelle d'argento in uno studio interdisciplinare in modo tale da offrire un ulteriore potenziale in questo campo.

Nanoparticelle d'argento, inferiore a un decimillesimo di millimetro, hanno proprietà ottiche speciali che ospitano applicazioni particolarmente promettenti per la tecnologia medica. L'unico problema:le particelle di nanoargento emettono ioni d'argento, che sono tossici per le cellule. Scienziati guidati da Sotiris Pratsinis, un professore presso il Laboratorio di tecnologia delle particelle dell'ETH di Zurigo dell'Istituto di ingegneria dei processi, sono ora riusciti a preparare le particelle d'argento in modo tale da impedire loro di rilasciare ioni tossici ma lasciare intatte le loro proprietà ottiche, le cosiddette plasmoniche. Ciò significa che le particelle possono essere utilizzate in medicina come sensori plasmonici per identificare agenti patogeni o per scopi terapeutici.

Lo strato di biossido di silicio protegge le cellule

Per aggirare il problema della tossicità, gli scienziati hanno rivestito le nanoparticelle con uno strato di biossido di silicio dello spessore di due nanometri in una procedura speciale. Nella sua tesi di dottorato supervisionata da Pratsinis, Georgios Sotiriou ha confrontato l'impatto delle nanoparticelle d'argento non trattate con le nanoparticelle rivestite solo parzialmente e completamente in una serie di esperimenti.

Nel caso delle particelle completamente rivestite, il guscio trasparente non influisce sulle speciali proprietà luminose di questi biosensori. E poiché gli ioni d'argento non possono penetrare nel guscio, non c'è pericolo per le cellule. Per dimostrare questo, gli scienziati hanno collaborato con Sven Panke, un professore del Dipartimento di Biosistemi dell'ETH di Zurigo, e ha aggiunto i batteri Eschericha coli alle particelle, che continuò a riprodursi indenne.

Utilizzo di effetti quantistici

Le particolari proprietà plasmoniche derivano dagli effetti quantistici degli elettroni nelle nanoparticelle d'argento:la luce interagisce con gli elettroni nella superficie dei sensori plasmonici, facendoli oscillare. La luce in ingresso viene così assorbita pesantemente e dispersa. I sensori plasmonici si illuminano quindi sotto la cosiddetta illuminazione a campo oscuro. Di conseguenza, sono solo il biglietto per rilevare virus, batteri o cellule cancerose, ad esempio, o il trasporto di farmaci applicati ai sensori in un punto specifico del corpo umano.

Dotato di un anticorpo, le particelle possono essere attaccate a biomolecole predeterminate. Inoltre, in collaborazione con Janos Vörös, un professore dell'Istituto di ingegneria biomedica dell'ETH di Zurigo, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che possono essere utilizzati anche come cosiddetti sensori senza etichetta. Ciò significa che qualsiasi molecola proteica nel flusso sanguigno si attacca al sensore solo attraverso l'assorbimento fisico tra la molecola e la superficie del sensore e può quindi essere rilevata. Ciò è stato rivelato in esperimenti utilizzando l'albumina di siero bovino come molecola proteica modello. Le molecole proteiche attaccate ai sensori innescano un cambiamento locale dell'indice di rifrazione sui sensori plasmonici. L'indice di rifrazione più elevato della soluzione fa sì che l'assorbimento ottico del sensore si sposti a una lunghezza d'onda della luce più elevata. Questo rende visibili le biomolecole, il che significa che possono essere rilevati facilmente.

Ma le nanoparticelle d'argento preparate hanno anche un altro vantaggio, sottolinea Sotiriou:"Le nanoparticelle rivestite sono stabili nelle sospensioni di siero, senza dover aggiungere sostanze che potrebbero interrompere l'esperimento.'

Possibile anche il trasporto

In uno studio di follow-up pubblicato di recente in Chimica dei materiali, Il team di Pratsinis descrive come migliorare ulteriormente la funzionalità delle nanoparticelle di argento rivestite di biossido di silicio:in collaborazione con Ann Hirt, un professore dell'Istituto di geofisica dell'ETH di Zurigo, i ricercatori rivestono insieme un ossido di ferro e una particella d'argento, rendendo così magnetico anche il biosensore.

Queste particelle multifunzionali possono legarsi a particolari cellule (ad esempio cellule cancerose come le cellule HeLa) e quindi rilevarle, come è stato dimostrato negli esperimenti condotti presso l'Istituto di biochimica dell'ETH di Zurigo in collaborazione con Pierre-Yves Lozach. Le proprietà magnetiche delle particelle ora significano anche che le particelle possono essere guidate in un determinato luogo. Le particelle di nanoargento potrebbero attaccarsi alle cellule cancerose e potrebbero eliminarle localmente utilizzando il calore di un campo magnetico ad alta energia o radiazioni infrarosse. “Questo costituisce un'alternativa estremamente interessante per la distruzione non invasiva dei tumori, ' sottolinea Pratsinis.