В фототепловой терапии агент введен в опухоль, и затем регион освещен со светом NIR, длина волны, которая проникает далеко в ткань без принесения убытков. Агент поглощает свет NIR и преобразовывает его, чтобы нагреться. Местное перегревание уничтожает опухолевые клетки, в то время как здоровая ткань защищена. Идеально, фототепловой агент может одновременно действовать как контрастный агент для диагностической визуализации, такой как компьютерная томография (CT), которая может использоваться, чтобы определить местонахождение опухоли.
Наноматериалы, сделанные из полупроводникового сульфида висмута (висмут (2) S (3)), хорошо подходят для этой работы. Исследователи, работающие с Хайюань Чжаном в китайской Академии наук (Чанчунь, Цзилинь, Китай), теперь были в состоянии разъяснить механизмы, которые лежат в основе фототепловых свойств этих материалов.
Основываясь на этом знании, они были в состоянии улучшить фототепловое исполнение нанопрутов сульфида висмута, добавляя золотые наноточки к их поверхности.Проще говоря, это работает как это: В полупроводниках свет может взволновать отрицательно заряженные электроны такую степень, что они подскакивают до более высокого энергетического уровня, названного зоной проводимости.
Это оставляет позади положительно заряженные «отверстия». Перекомбинация электронов и отверстий выпускает энергию, которая передана в кристаллическую решетку, заставив ее вибрировать. Эта вибрационная энергия выпущена в окружающую среду как тепло. Определенные дефекты, известные как глубокие дефекты уровня, в кристаллической решетке, продвигают этот тип перекомбинации электронного отверстия.
В висмуте (2) S (3) у наноматериалов, которые синтезируются в избытке висмута и нехватке S, решетка, будут местоположения с недостающими атомами серы или места, в которых висмут заменяет S. Оба из них могут действовать как глубокие дефекты. Увеличение числа глубоких дефектов или увеличенного введения электронов к этим глубоким дефектам могло увеличить фототепловую эффективность висмута (2) S (3) наноматериалы. Это – то, где золотые атомы играют роль. Золотые атомы связывают атомы серы и не допускают их в их положения решетки.
Это приводит к большему количеству дефектов. Кроме того, контактные центры между висмутом (2) S (3) и золото предоставляют взволнованным электронам энергетический уровень, который позволяет им возвращаться более легко к энергетическому уровню, где есть ошибки замены, позволяя электронам более легко попасть в глубокий дефект «ловушка».
Нанопруты очень видимы как контрастные агенты в снимках компьютерной томографии опухолей у мышей, потому что они предпочтительно совокупный в опухолевых клетках. Запрещение роста опухоли с золотой версией нанопрутов под озарением с NIR было значительно увеличено по нанопрутам без золота.
После четырнадцатидневного обращения с мышами полностью исчезли некоторые опухоли. Никакие токсичные побочные эффекты или повреждение не наблюдались в окружающей ткани.