Físicos russos da Universidade ITMO descobriram que as nanopartículas esféricas de silício podem ser efetivamente aquecidas e, simultaneamente, emitir luz, dependendo de sua temperatura. De acordo com os cientistas, essas propriedades, juntamente com boa biocompatibilidade, têm aplicações em terapia fototérmica e nanocirurgia. Os pesquisadores planejam controlar o aquecimento das partículas de silício no futuro para queimar internamente as células cancerosas sem afetar o tecido saudável. Os resultados apareceram na prestigiosa revista Nano Letras .

Ao realizar terapia fototérmica e nanocirurgia, médicos injetam nanopartículas de metais biocompatíveis, como ouro, em um corpo humano, concentre-os em um tumor e irradie-os com um laser. Os tecidos biológicos são transparentes para a luz infravermelha, mas as nanopartículas de metal absorvem bem e convertem em calor que queima as células cancerosas. Contudo, medir uma temperatura local de nanopartículas de ouro é uma tarefa extremamente difícil que, se não for feito corretamente, pode levar ao superaquecimento e danos ao tecido saudável.

No novo estudo, nanopartículas ressonantes de silício são aquecidas ainda mais rápido do que as nanopartículas de ouro devido às melhores propriedades ressonantes e podem sinalizar sua temperatura espalhando luz com diferentes comprimentos de onda. Este efeito é conhecido em óptica como espalhamento Raman. Além disso, este espalhamento pode ser registrado sem dispositivos complexos ou sistemas de vácuo que são necessários para capturar sinais de metais.

"Nanopartículas de ouro são amplamente utilizadas na terapia fototérmica, fotoquímica e nanocirurgia. Mas a resposta óptica de tais agentes não dá informações sobre o quanto eles são aquecidos, porque os metais nunca reemitem o sinal de luz Raman. Também se sabia que o silício tem uma resposta óptica que muda fortemente com a temperatura. Mas ninguém imaginava que uma nanopartícula de silício pudesse ser usada como um aquecedor eficiente, embora tenha perdas ópticas significativamente menores do que o ouro, "diz George Zograf, aluno de pós-graduação do Departamento de Nano-Fotônica e Metamateriais na ITMO University.

Sabendo que a resposta óptica do silício depende fortemente da temperatura e que é biocompatível, os pesquisadores testaram a eficácia com que as nanopartículas aquecem e com que precisão a temperatura pode ser medida. Os pesquisadores aumentaram a temperatura das nanopartículas de silício, iluminando-as com um laser e gravando o sinal Raman emitido, que permitiu a detecção simultânea de temperatura.

Enquanto isso, em contraste com as nanoesferas douradas, as partículas de silício testadas foram quatro vezes mais eficientes na conversão da radiação laser em calor. Isso permitiria alterar a temperatura das nanopartículas usando um feixe de laser menos potente sem aquecer o tecido saudável próximo.

Os pesquisadores acreditam que as nanopartículas semicondutoras podem ser uma alternativa mais barata e segura ao metal. "No futuro, será possível matar células cancerosas com alta precisão, aquecendo-as com a ajuda de tais nanossistemas. O controle óptico em tempo real de sua temperatura impedirá as células saudáveis ​​de superaquecimento descontrolado, "conclui Sergey Makarov, pesquisador sênior do Departamento de Nanofotônica e Metamateriais da ITMO University.