In una svolta nei metamateriali, per la prima volta al mondo, i ricercatori dell'Università di Tel Aviv hanno sviluppato una nanotecnologia innovativa che trasforma una nanoparticella di calcite trasparente in una scintillante particella simile all'oro. In altre parole, hanno trasformato la particella trasparente in una particella visibile nonostante le sue dimensioni molto ridotte. Secondo i ricercatori, il nuovo materiale può fungere da piattaforma per trattamenti innovativi contro il cancro.

In un nuovo articolo pubblicato su Materiale avanzato , un team internazionale di scienziati, coordinato dal Dr. Roman Noskov e dal Dr. Pavel Ginzburg della Facoltà di Ingegneria Iby e Aladar Fleischman dell'Università di Tel Aviv, Il prof. Dmitry Gorin del Center for Photonics and Quantum Materials presso lo Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) e il dott. Evgeny Shirshin di M.V. Lomonosov Università statale di Mosca, ha introdotto il concetto di consegna biocompatibile delle risonanze ottiche tramite un metamateriale mesoscopico, un materiale con proprietà che non si trovano in natura. Questo approccio apre prospettive promettenti per la multifunzionalità nei sistemi biomedici, consentendo l'uso di una singola nanoparticella progettata da un designer per il rilevamento, terapia fototermica, tomografia fotoacustica, bioimmagini, e somministrazione mirata di farmaci.

"Questo concetto è il risultato di un pensiero interdisciplinare all'interfaccia tra la fisica dei metamateriali e la chimica bioorganica, con l'obiettivo di soddisfare le esigenze della nanomedicina. Siamo stati in grado di creare un metamateriale mesoscopico submicronico da componenti biocompatibili che dimostra forti risonanze Mie che coprono la finestra spettrale del vicino infrarosso in cui i tessuti biologici sono trasparenti, " dice il dottor Roman Noskov.

Le nanostrutture in grado di localizzare la luce su scala nanometrica oltre a svolgere diverse funzioni sono altamente desiderabili in una pletora di applicazioni biomediche. Però, la biocompatibilità è tipicamente un problema, poiché l'ingegneria delle proprietà ottiche spesso richiede l'uso di composti tossici e sostanze chimiche. I ricercatori hanno risolto questo problema impiegando nanosemi d'oro e sferuliti di vaterite porosa (carbonato di calcio), attualmente considerati promettenti veicoli per la somministrazione di farmaci. Questo approccio prevede l'infusione controllabile di nanosemi d'oro in un'impalcatura di vaterite risultante in un metamateriale mesoscopico, la vaterite d'oro, le cui proprietà di risonanza possono essere ampiamente regolate modificando la quantità di oro all'interno della vaterite. Inoltre, l'elevata capacità di carico utile delle sferuliti di vaterite consente il caricamento simultaneo di farmaci e tag fluorescenti. Per esemplificare le prestazioni del loro sistema, i ricercatori hanno dimostrato un efficiente riscaldamento laser della vaterite dorata alle lunghezze d'onda del rosso e del vicino infrarosso, altamente desiderabile nella terapia fototermica, e tomografia fotoacustica.

Il prof. Pavel Ginzburg riassume, "Questa nuova piattaforma consente la sistemazione di molteplici funzionalità, come semplici componenti aggiuntivi che possono essere introdotti quasi su richiesta. Oltre all'imaging ottico e alla termoterapia, visibilità risonanza magnetica, materiali biomedici funzionali e molte altre modalità possono essere introdotti all'interno di una particella in miniatura su nanoscala. Credo che i nostri sforzi di collaborazione porteranno a dimostrazioni in vivo, che aprirà la strada a una nuova tecnologia biomedica".