В США разработан сенсор, работающий при биологических значениях рН, основанный на применении нанокристаллических квантовых точек.

Значение pH – важный фактор в слежении за состоянием опухоли и определения эффективности противоопухолевой терапии, при этом, сенсор может быть введен в опухоли для слежения за ними в режиме реального времени. Перспективные нанокристаллические рН-сенсоры создавались и ранее, однако, до настоящего времени, они работали только в щелочной среде, что делало невозможным применение таких устройств в биологических исследованиях.

Для решения этой проблемы Даниэль Носера (Daniel Nocera) из Массачусетского Технологического Института изменил существующие сенсоры таким образом, что они получили возможность работать в интервале от 6 до 8 единиц рН (физиологические значения pH).

Новые сенсоры представляют собой нанокристаллы с полупроводниковыми свойствами в оболочке из разветвленного полимера – дендримера, содержащего флуоресцентный краситель, чувствительный к значению pH. Полимер способствует растворимости системы в воде, а также служит «якорем» для красителя. Краситель меняет окраску в зависимости от уровня рН, и нанокристалл начинает флуоресцировать. Носера отмечает, что тонкая настройка энергетического взаимодействия между нанокристаллом и красителем привело к тому, что сенсор может рассматриваться как самодостаточный – для работы сенсора нет необходимости во внешнем стандарте, который мог бы сыграть роль нуля.

Эмиссия нанокристалла перекрывается с длиной волны, поглощаемой красителем, в результате чего происходит взаимодействие, а, поскольку параметры излучения, поглощаемого (и испускаемого) красителем зависят от рН, эмиссия всего наносенсора зависит от кислотности среды. Сенсор может работать за счет линейного или двухфотонного возбуждения источником инфракрасного излучения. Более предпочтительным вариантом является двухфтонное возбуждение, поскольку в результате такого возбуждения наблюдается меньшее рассеивание, при этом можно добиться большей глубины анализа, что превращает новую сенсорную систему в идеальный инструмент для анализов in vivo.

Ю Бинг (Yue Bing), эксперт по биомедицинским устройствам, а также химическим и оптическим сенсорам из Университета Калифорнии высоко оценивает разработанный Носерой сенсор. Бинг отмечает, что сенсор является эффективной аналитической системой, работающей при биологических значениях рН, добавляя, что он отличается высокой чувствительностью и хорошим разрешением, необходимым для применения в анализе биологических систем. Сам Носера в настоящее время проверяет работу сенсора in vivo.

Источник: Chem. Sci., 2012, DOI: 10.1039/c2sc20212c.

Окраска сенсора зависит от pH.

Слева направо: pH = 6, 7, 8 и 9. (Рисунок из Chem. Sci., 2012, DOI: 10.1039/c2sc20212c).