Что такое молекулярный термометр?
Русско-финский коллектив ученых с участием специалистов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») синтезировал два новых вещества, позволяющих измерять температуру внутри клетки. Вещества и материалы, позволяющие точно определять температуру на микроуровне (клетки, молекулы), называют молекулярными термометрами, или наноразмерными термометрами.
В работе «Водорастворимые многомодовые люминесцентные термометры на основе фотосенсибилизаторов порфиринов», опубликованной в журнале Materials & Design, ученые приводят результаты исследований синтезированных веществ, которые относятся к классу водорастворимых порфиринов (природные и синтетические соединения, входят, например, в состав небелковой части молекулы гемоглобина, хлорофилла, ряда ферментов) и, по словам авторов исследования, отличаются от других молекулярных термометров простотой синтеза и модификации.
Результаты исследований показали, что порфирины можно использовать в качестве молекулярных термометров для фототерапии, чтобы избежать побочных эффектов, вызванных воздействием тепла, или в качестве фотосенсибилизаторов (защищают другие вещества от воздействия излучения) в зависимости от выбранной мощности лазера. Полученные результаты открывают путь к созданию и использованию водорастворимых порфиринов для точной бесконтактной люминесцентной термометрии.
Как отмечают ученые, разработки в области такой термометрии важны, например, для повышения эффективности лечения раковых опухолей при фотодинамической и фототермической терапии, которые требуют точного постоянного измерения температуры живых систем на молекулярном уровне. Также молекулярные термометры могут быть использованы при томографии или доставке лекарственных препаратов в конкретную точку в организме.
Что представляют собой молекулярные термометры и какие они бывают?
Обычные измерения температуры основываются на реакции материала на нагрев, которую можно обнаружить визуально. Так, например, расширение ртути при повышении температуры используется в обычных ртутных градусниках. Однако такими методами можно определить только температуру на макроуровне.
По мере развития науки стали появляться более точные способы измерения температуры с высокой разрешающей способностью. Так начали появляться молекулярные (наноразмерные) термометры. Разработки в этой области привели к появлению термометрии разных видов. Это:
- Термометрия на основе наноматериалов — использование углеродных нанотрубок, наноструктурных пленок из сульфида свинца и др.
- Нанолитографическая термометрия — использование специального термоэлектрического детектора, созданного с помощью нанесения определенного металла на нанополоски, сделанные из другого металла.
- Термометрия с флуоресцентными материалами — методы оптического определения температуры, основанные на интенсивности и изменении положения пиков люминесцентных кристаллических материалов. Для измерения температуры отслеживается скорость безызлучательного энергетического перехода и продолжительность возбужденного состояния такого материала.
- Молекулярная термометрия (термометрия биоматериалов) — использование температурно-зависимых молекул или биологических частиц.
- Термометрия наноразмерных суперструктур — сборки наночастиц, запрограммированные на измерение температуры путем изменения поверхности. Разные функциональные группы на поверхности наночастиц могут соединяться с другими полимерами или подходящими биоматериалами.
