I fisici russi dell'Università ITMO hanno scoperto che le nanoparticelle sferiche di silicio possono essere efficacemente riscaldate e simultaneamente emettere luce a seconda della loro temperatura. Secondo gli scienziati, queste proprietà, unito a una buona biocompatibilità, hanno applicazioni nella terapia fototermica e nella nanochirurgia. I ricercatori hanno in programma di controllare in futuro il riscaldamento delle particelle di silicio per bruciare internamente le cellule cancerose senza intaccare i tessuti sani. I risultati sono apparsi sulla prestigiosa rivista Nano lettere .

Quando si esegue la terapia fototermica e la nanochirurgia, i medici iniettano nanoparticelle di metalli biocompatibili come l'oro in un corpo umano, concentrarli su un tumore e irradiarli con un laser. I tessuti biologici sono trasparenti alla luce infrarossa, ma le nanoparticelle metalliche lo assorbono bene e lo convertono in calore che brucia le cellule cancerose. Però, misurare una temperatura locale di nanoparticelle d'oro è un compito estremamente difficile che, se non fatto correttamente, potrebbe portare al surriscaldamento e al danneggiamento dei tessuti sani.

Nel nuovo studio, le nanoparticelle risonanti di silicio si riscaldano ancora più velocemente delle nanoparticelle d'oro grazie alle migliori proprietà risonanti e possono segnalare la loro temperatura disperdendo la luce con diverse lunghezze d'onda. Questo effetto è noto in ottica come diffusione Raman. Inoltre, questa dispersione può essere registrata senza dispositivi complessi o sistemi di vuoto necessari per catturare i segnali dai metalli.

"Le nanoparticelle d'oro sono ampiamente utilizzate nella terapia fototermica, fotochimica e nanochirurgia. Ma la risposta ottica di tali agenti non fornisce informazioni su quanto sono riscaldati, perché i metalli non emettono mai di nuovo il segnale luminoso Raman. Era anche noto che il silicio ha una risposta ottica che cambia fortemente con la temperatura. Ma nessuno immaginava che una nanoparticella di silicio potesse essere usata come un efficiente riscaldatore, sebbene abbia perdite ottiche significativamente inferiori rispetto all'oro, "dice George Zograf, studente laureato del Dipartimento di Nano-Fotonica e Metamateriali dell'Università ITMO.

Sapendo che la risposta ottica del silicio dipende fortemente dalla temperatura e che è biocompatibile, i ricercatori hanno testato l'efficacia del riscaldamento delle nanoparticelle e la precisione con cui è possibile misurare la temperatura. I ricercatori hanno alzato la temperatura delle nanoparticelle di silicio illuminandole con un laser e registrando il segnale Raman emesso, che ha consentito il rilevamento simultaneo della temperatura.

Nel frattempo, in contrasto con le nanosfere dorate, le particelle di silicio testate erano quattro volte più efficienti nel convertire la radiazione laser in calore. Ciò consentirebbe di modificare la temperatura delle nanoparticelle utilizzando un raggio laser meno potente senza riscaldare i tessuti sani vicini.

I ricercatori ritengono che le nanoparticelle di semiconduttori possano essere un'alternativa più economica e sicura al metallo. "Nel futuro, si sarà in grado di uccidere le cellule cancerose con alta precisione riscaldandole con l'aiuto di tali nanosistemi. Il controllo ottico in tempo reale della loro temperatura impedirà alle cellule sane un surriscaldamento incontrollato, " conclude Sergey Makarov, ricercatore senior del Dipartimento di Nanofotonica e Metamateriali dell'Università ITMO.