Foto: © bluebay2014 / Dollar Photo Club

Ozařujeme nanodiamanty v jaderném reaktoru

Reaktor namísto urychlovače. Díky fluorescenci mají nanodiamanty obrovský potenciál využití v medicínských i technických aplikacích.

Čeští vědci pod vedením Petra Cíglera z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a Martina Hrubého z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR přišli s převratnou metodou umožňující snadno a levně produkovat ozářené nanodiamanty a jiné materiály využitelné pro vysoce citlivou diagnostiku chorob, včetně nádorových onemocnění. Jejich článek nyní publikoval prestižní vědecký časopis Nature Communications.

Diagnostika chorob a porozumění procesům probíhajícím v buňkách na molekulární úrovni vyžaduje citlivé a selektivní diagnostické nástroje. Vědci jsou dnes schopni sledovat magnetická a elektrická pole v buňkách s rozlišením v řádu desítek nanometrů a s vysokou citlivostí díky krystalovým poruchám v částicích některých anorganických materiálů. Téměř ideálním materiálem pro tyto účely je diamant. Na rozdíl od šperkařských diamantů se ale pro aplikace v diagnostice a nanomedicíně používají asi milionkrát menší diamanty – nanodiamanty, které se připravují synteticky z grafitu za vysokých tlaků
a teplot.

Čistý nanodiamant však o svém okolí mnoho nesdělí. Jeho krystalová mřížka se musí nejprve řízeně poškodit tak, aby v ní vznikly zvláštní poruchy (tzv. centra dusík-vakance) umožňující optické čtení. Poškození se vytváří nejčastěji ozářením nanodiamantu rychlými ionty v částicových urychlovačích. Tyto urychlené ionty jsou schopny z krystalové mřížky nanodiamantu vyrazit atomy uhlíku, po nichž tak zůstanou v mřížce „díry“ (vakance). Ty se poté při vysokých teplotách spárují s atomy dusíku, které jsou v krystalu přítomné jako nečistoty. Nově vzniklá centra dusík-vakance jsou zdrojem fluorescence, kterou je pak možné pozorovat.
Právě díky této fluorescenci mají nanodiamanty obrovský potenciál využití v medicínských i technických
aplikacích. Zásadním omezením pro využití těchto materiálů v širší praxi je ale velmi drahé a málo efektivní ozařování ionty v urychlovači, které neumožňuje přípravu většího množství tohoto mimořádně cenného materiálu.

Tým vědců z několika výzkumných pracovišť pod vedením Petra Cíglera a Martina Hrubého publikoval v časopise Nature Communications zcela nový způsob ozařování nanokrystalů. Namísto drahého a dlouhého ozařování v urychlovači využili vědci velmi krátké a o mnoho levnější ozáření v jaderném reaktoru.
Tak jednoduché to ale nebylo – vědci museli využít trik, kdy neutronové záření v reaktoru štěpí atomy
bóru na lehké a velmi rychle letící ionty hélia a lithia. Nanokrystaly se nejprve musí rozptýlit v tavenině oxidu boritého a následně se ozáří neutrony v jaderném reaktoru. Záchytem neutronů a rozpadem jader bóru vzniká hustá sprcha iontů hélia a lithia, které v nanokrystalech mají stejný efekt jako tytéž ionty produkované urychlovačem – řízenou tvorbu krystalových poruch. Díky vysoké hustotě této částicové sprchy a možnosti ozářit v reaktoru mnohem větší množství materiálu je možné snadno a daleko levněji připravit najednou desítky gramů vzácného nanomateriálu, což je přibližně tisíckrát více, než kolik byli vědci dosud schopni získat při srovnatelném ozařování v urychlovačích. Tato metoda se ukázala jako úspěšná nejen pro tvorbu poruch v mřížce nanodiamantu, ale i na dalším nanomateriálu, karbidu křemíku. Vědci proto předpokládají, že by metoda mohla sloužit univerzálně pro produkci nanočástic s definovanými poruchami ve velkém měřítku.

Nová metoda vychází z principu využívaného při terapii bórovým neutronovým záchytem (boron neutron capture therapy – BNCT), kdy je pacientovi podána sloučenina bóru. Po jejím nahromadění v nádoru je pacient ozářen neutrony, které způsobí štěpení jader bóru na ionty hélia a lithia. Ty následně zničí nádorovou tkáň, v níž je bór nahromaděn. Díky principu známému z experimentální terapie nádorů se tak nyní povedlo vytvořit cestu pro efektivní výrobu nanomateriálů s vysokým potenciálem využití mimo jiné i v diagnostice nádorových onemocnění.

Článek: Jan Havlík, Vladimíra Petráková, Jan Kučka, Helena Raabová, Dalibor Pánek, Václav Štěpán, Zuzana Zlámalová Cílová, Philipp Reineck, Jan Štursa, Jan Kučera, Martin Hrubý a Petr Cígler: Extremely rapid isotropic irradiation of nanoparticles with ions generated in situ by a nuclear reaction. Nature Communications 2018, 9, 4467. DOI: 10.1038/s41467-018-06789-8.

tisková zpráva Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR

Simulátor kvantového počítače se 41 qubity

Díky infrastruktuře založené na systému in-memory je možné kapacitu výpočetní simulace kdykoliv navýšit. Atos, přední …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close