Исследование коллоидных растворов нитрида титана и серебра, полученных методом фемтосекундной лазерной абляции в жидкости, как наносенсибилизаторов для борьбы с онкологическими заболеваниями

Актуальность

Будучи второй по распространённости причиной смертности в развитых странах, онкологические заболевания являются одним из главных вызовов человечеству. Несмотря на успехи в области разработки новых диагностических и терапевтических подходов, новые методы в клинической практике по-прежнему представлены весьма ограниченно, что делает актуальной задачу создания новых материалов и подходов к лечению онкологических заболеваний. В последние годы нанотехнологии всё активнее вторгаются в биомедицину, в том числе в решение задач онкологии. Интерес к биомедицинским нанотехнологиям обусловлен целой серией присущих наноматериалам уникальных свойств, обеспечивающих возникновение новых модальностей как в диагностике, так и в терапии онкологических заболеваний. Фототермическая терапия (ФТТ) является одним из наиболее перспективных новых методов борьбы с онкологическими заболеваниями (в особенности, молочной железы и простаты). Одной из основных причин, тормозящих развитие ФТТ, является отсутствие простых, доступных и эффективных наносенсибилизаторов фототермического воздействия. Для решения этой проблемы мы выбрали два вещества, обладающих нужными свойствами: серебро (Ag) и нитрид титана (TiN). Именно на более детальное сравнение их абляционных растворов направлен наш проект.

Цель

Исследовать свойства (размер, пик поглощения электромагнитных волн, кинетику нагрева) коллоидных растворов серебра и нитрида титана, полученных методом фемтосекундной лазерной абляции в жидкости.

Задачи

1.     Ознакомиться с методом фемтосекундной лазерной абляции в жидкости.

2.     Получить коллоидные растворы серебра и нитрида титана.

3.     Подобрать критерии для сравнения свойств полученных растворов на основе пригодности для борьбы с онкологическими заболеваниями. 

4.     Изучить полученные растворы и сравнить их по подобранным критериям.

5.     Проанализировав полученные в ходе сравнения данные, сделать вывод о пригодности нитрида титана в качестве наносенсибилизатора для ФТТ.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Фемтосекундный лазер АВЕСТА
• Спектрофотометр SOL instruments
• Нагревающая установка с лазером, имеющим длину волны 850 нм
• Электронный микроскоп TESCAN MAIA3
• Программное обеспечение для работы с электронным микроскопом TESCAN
• Программное обеспечение для анализа размеров полученных наночастиц imageJ
• Прибор для динамического светорассеяния Zetasizer

Описание

На первом этапе был изучен фототермический метод лечения онкологических заболеваний. Также был рассмотрен метод фемтосекундной лазерной абляции в жидкости.

Фототермичсекая терапия – это альтернативное лечение рака, которое использует электромагнитное излучение для уничтожения злокачественных опухолей.

Лазерная абляция – это метод получения чистых коллоидных растворов с помощью лазера.

На втором этапе была произведена подготовка к получению коллоидных растворов серебра и нитрида титана. Также было произведено получение описанных растворов методом фемтосекундной лазерной абляции в жидкости.

На третьем этапе был проанализирован пик поглощения электромагнитных волн полученных растворов с помощью спектрофотометра SOL instruments. Кроме того, был произведён нагрев и последующее охлаждение растворов для получения их кривых нагрева и охлаждения.

На четвёртом этапе были получены фотографии наночастиц нитрида титана и серебра с помощью электронного микроскопа Oxford Instruments. После этого с помощью программного обеспечения imageJ было проанализировано по 200 наночастиц каждого вещества для получения данных об их размерах. С помощью динамического светорассеяния были получены данные о гидродинамических размерах наночастиц.

На пятом этапе были составлены и проанализированы графики по полученным данным. По этим графикам была составлена сравнительная таблица, на основе которой был сделан вывод о превосходстве коллоидного раствора нитрида титана над коллоидным раствором серебра.

Результаты работы/выводы

Полученные в ходе работы данные свидетельствуют о том, что гипотеза была подтверждена, ведь коллоидный раствор нитрида титана обладает рядом преимуществ перед своим конкурентом: его пик поглощения приходится на электромагнитные волны с большей длиной, он намного быстрее нагревается, а его наночастицы имеют больший диаметр. По этой причине авторы считают, что нитрид титана крайне перспективен в качестве наносенсибилизатора в фототермической терапии.

Перспективы использования результатов работы

Полученные результаты можно использовать в качестве материалов для дальнейших исследований веществ-наносенсибилизаторов.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ОЦ «Сириус»;

НЯУ МИФИ

Награды/достижения

1. Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ – призёр;
2. Конференция «Курчатовский проект — от знаний к практике, от практики к результату» – победитель

Мнение автора

«Работа над подобным проектном – это замечательный шанс прикоснуться к миру науки, получить ценный опыт, а также заработать дополнительные баллы для поступления в вуз. Выступление на различных конференциях, в том числе на открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» – это кульминация работы. Оно даёт возможность не только испытать свои силы в защите проекта, но и познакомиться со множеством интересных людей. Хочется от всей души поблагодарить организаторов конференции, а также членов жюри за подаренные эмоции!

Конечно, достигнутые результаты были бы невозможны без определённой базы знаний и помощи наставников. Всё это предоставляет городской образовательный проект «Инженерный класс в московской школе». Именно благодаря ему появилось желание заниматься исследовательской деятельностью на более высоком уровне.

Мне кажется, попробовать свои силы в создании проекта должен каждый, ведь полученный опыт непременно пригодится в будущем».