При фототермической терапии агент вводится в опухоль, а затем область облучается NIR-светом, длина волны которого проникает глубоко в ткань, не вызывая повреждений. Агент поглощает ближний инфракрасный свет и преобразует его в тепло.
Местный перегрев убивает опухолевые клетки, а здоровые ткани защищены. В идеале фототермический агент может одновременно действовать как контрастный агент для диагностической визуализации, такой как компьютерная томография (КТ), которая может использоваться для определения местонахождения опухоли.
Наноматериалы из полупроводникового сульфида висмута (Bi (2) S (3)) хорошо подходят для этой работы. Исследователи, работающие с Хайюань Чжаном из Китайской академии наук (Чанчунь, Цзилинь, Китай), теперь смогли прояснить механизмы, лежащие в основе фототермических свойств этих материалов.
Опираясь на эти знания, они смогли улучшить фототермические характеристики наностержней сульфида висмута, добавив на их поверхность наноточки золота.Проще говоря, это работает так: в полупроводниках свет может возбуждать отрицательно заряженные электроны до такой степени, что они перескакивают на более высокий энергетический уровень, называемый зоной проводимости.
Это оставляет положительно заряженные «дыры». Рекомбинация электронов и дырок высвобождает энергию, которая передается кристаллической решетке, заставляя ее колебаться.
Эта колебательная энергия выделяется в окружающую среду в виде тепла. Определенные дефекты в кристаллической решетке, известные как дефекты глубокого уровня, способствуют этому типу электронно-дырочной рекомбинации.В наноматериалах Bi (2) S (3), которые синтезируются при избытке Bi и недостатке S, решетка будет иметь места с отсутствующими атомами серы или места, в которых Bi заменяет S. глубокие дефекты. Увеличение количества глубоких дефектов или увеличение проникновения электронов в эти глубокие дефекты может повысить фототермическую эффективность наноматериалов Bi (2) S (3).
Здесь атомы золота играют роль. Атомы золота связывают атомы серы и удерживают их вне их положений решетки.
Это приводит к большему количеству дефектов. Кроме того, точки контакта между Bi (2) S (3) и золотом обеспечивают возбужденным электронам уровень энергии, который позволяет им более легко возвращаться на уровень энергии, на котором есть ошибки замещения, что позволяет электронам более легко падать. в глубокую «ловушку» дефекта.
Наностержни очень хорошо видны в качестве контрастных агентов при компьютерной томографии опухолей у мышей, поскольку они преимущественно агрегируют в опухолевых клетках. Подавление роста опухоли с золотой версией наностержней при облучении NIR было значительно увеличено по сравнению с наностержнями без золота. После четырнадцатидневного лечения мышей некоторые опухоли полностью исчезли.
Никаких токсических побочных эффектов или повреждений окружающих тканей не наблюдалось.