Исследователи полагают, что лантанидсодержащие наноразмерные термометры могут измерять температуру в рамках небольших участков ткани глубоко внутри тела человека, помогая докторам находить очаги инфекции и даже очаги распространения опухолевой ткани.

Опухоли и инфицированные отличаются более высокой температурой по сравнению с окружающей тканью из-за того, что метаболитическая активность этих клеток выше, чем у здоровых, и они в единицу времени перерабатывают большее количество энергии.

Для обнаружения этих горячих точек организма в последние несколько лет был разработан ряд флуоресцирующих частиц, которые могут быть введены в организм пациентов с помощью инъекции. Как и другие флуоресцирующие материалы, при облучении светом с одной длиной волны эти частицы испускают свет с другой длиной волны, однако в отличие от других частиц, цвет эмиссии этих материалов меняется с изменением температуры.

Таким образом, анализ параметров спектра эмиссии позволяет врачам определить температуру ткани.

Для простоты считывания сигналов частиц, находящихся в ткани, необходимо, чтобы

эти частицы поглощали и испускали инфракрасное излучение, которое без проблем может проникать через ткани.

Созданию нанотермометров уже посвящено немало количество работ, однако созданные к настоящему времени системы могут только поглощать инфракрасное излучение, но не испускать его.

Даниэль Жак (Daniel Jaque) из Автономного Университета Мадрида разработали наночастицы, способные как к поглощению, так и к испусканию ИК-излучения. Они синтезировали наночастицы диаметром 35 нм, сердцевиной которых являлся фторид лантана, легированный неодимом, а внешняя оболочка представляла собой фторид лантана.

Результаты прежних исследований частиц, содержащих неодим, позволяли предположить, что лантаниды могут испускать ИК-излучение.

Для проверки возможности новых частиц измерять температуру исследователи поместили наноматериалы в воду и возбуждали их ИК-лазером.

Было обнаружено, что при нагревании интенсивность и частоты эмиссионного излучения отличались от параметров входящего электромагнитного излучения. Этих изменений оказалось достаточно для измерения перепадов температуры, не превышающих 2°C.

Чтобы выяснить, насколько хорошо частицы смогут справиться с измерением температуры, находясь в ткани, исследователи поместили частицы в подкрашенный агаровый гель, моделирующий оптические свойства ткани человека.

Было показано, что

частицы, содержащие неодим, могут давать детектируемые сигналы, находясь под слоем геля высотой 2 мм. Это мало, но Жак говорит, что с помощью других методик визуализации появляется возможность регистрации эмиссии частиц, находящихся на сантиметровой глубине в ткани. В ближайших планах исследователей проверка работы наночастиц на мышах – это нужно как для выяснения того, с какой глубины нанотермометр сможет подать детектируемые сигналы, так и для токсикологических исследований.

Фьоренцо Ветроне (Fiorenzo Vetrone) высоко оценивает результаты работы испанских коллег, подчеркивая, что ключевым моментом, определяющим эффективность новых нанотермометров, является еще и то, что новые системы могут быть возбуждены за счет поглощения только одного фотона, а не двух, как нанотермометры, о которых сообщалось ранее. Это обстоятельство приводит к тому, что новым частицам для работы требуется менее интенсивное облучение, что, в перспективе, позволит им измерять температуру ткани на большей глубине.