Биовизуализация, биосенсоры и тканевая инженерия: смоляне узнали о возможностях применения кремния

Благодаря своим уникальным свойствам кремний применяется в самых различных областях диагностической и терапевтической медицины. Подробно о каждом из направлений его применения гости Информационного центра по атомной энергии (ИЦАЭ) Смоленска узнали 15 мая на лекции «Кремний – уникальный материал для биомедицины».

В рамках проекта «Энергия науки» лекцию прочитала кандидат физико-математических наук, доцент кафедры полупроводниковой квантовой электроники и биофотоники НИЯУ МИФИ Анастасия Фроня.

Кремний является одним из наиболее распространённых элементов на Земле, его содержание в земной коре составляет примерно 29%.

«Кремний с давних времён используется людьми, – начала лекцию Анастасия, – Ещё в IVтысячелетии до нашей эры египтяне стали использовать песок, диоксид кремния, для изготовления стекла».

Лектор рассказала об истории кремния: от выделения его как отдельного химического элемента Берцелиусом до современных нанотехнологий с его применением. Затем подробно остановилась на различных сферах медицины, которые не обходятся без использования кремния.

Фото: © ИЦАЭ Смоленска

На лекции гости ИЦАЭ узнали, что широко используется высокая фоточувствительность кремния, изменение электропроводности при освещении. Данное свойство позволяет преобразовывать световую энергию в электрическую. Этот эффект находит применение в кремниевых фотоприёмниках и солнечных батареях.

По словам спикера, заложенная природой биосовместимость кремния даёт перспективу для его возможного применения в различных биомедицинских задачах. Например, кремний используется в качестве наноконтейнеров для доставки лекарств в организм человека, это особенно актуально для диагностики и лечения больных раком.

Ещё одна важная функция, которую может выполнять кремний, – биовизуализация, в основе которой лежит маркировка объекта исследования люминесцентной меткой с последующим её возбуждением и регистрацией сигнала. Существенным преимуществом этого метода является способность излучения достаточно глубоко проникать в биологические ткани.

Наночастицы кремния применяются в качестве сенсибилизаторов для гипертермии.

«Гипертермия представляет собой метод генерации тепла, применяемый в терапевтических целях, в том числе для лечения опухолей с использованием повышенных температур, от 42 до 45 градусов Цельсия, – пояснила эксперт. – Локализация нагрева обеспечивается благодаря возможности накопления наночастиц в патологических областях».

Кроме перечисленных вариантов, кремний используется в качестве биосенсоров, позволяющих измерять, хранить и преобразовывать информацию о состоянии объекта наблюдения (это актуально, например, для больных сахарным диабетом), а также в тканевой инженерии для выращивания костной ткани.

«Очень интересная лекция, в которой на простых и понятных примерах нам рассказали о супервозможностях кремния, – поделилась впечатлениями посетительница ИЦАЭ Смоленска Анастасия Гришина. – Мне как будущему медику было полезно узнать о современных биотехнологиях и медицинских методах, в которых применяется кремний, а как простому обывателю интересно было услышать о технологиях, которые в скором времени могут продлить жизнь человека, а в перспективе и вообще, может быть, сделать его бессмертным».

Фото: © ИЦАЭ Смоленска

После лекции участники вечера смогли через ряд практических заданий погрузиться в тему и закрепить знания о кремнии и его свойствах. Анастасия Фроня провела игру «Как устроен мир: вещества для биомедицины». Игра состояла из разноформатных заданий, нацеленных на ознакомление, закрепление, углубление знаний по изучению веществ и материалов, применяемых в биомедицине.

«Энергия науки» – проект, в рамках которого в регионы присутствия сети ИЦАЭ приезжают эксперты федерального масштаба. Посетители лекториев, научно-популярных ток-шоу и мастер-классов с экспертами могут узнать о последних научных новостях, получить ответы на интересующие их вопросы и обсудить актуальные темы открытий и новых технологий.