НАНОРАЗМЕРНЫЕ СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТНЫХ НАНОЧАСТИЦ, ДОПИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСАМИ ТЕРБИЯ(III)

В настоящее время люминесцентные силикатные наночастицы представляют огромный интерес для исследователей и открывают широкие возможности их применения в биохимических анализах в качестве биомаркеров и биосенсоров. Существует множество люминофоров, которые могут быть введены в силикатные наночастицы. Особый интерес представляют лантанидные комплексы, так как они обладают интенсивной люминесценцией и длительным временем жизни возбужденного состояния, что позволяет получать сигнал в биологических системах с хорошим соотношением сигнал:шум. Введение люминесцирующих комплексов лантанидов в силикатную матрицу приводит к увеличению фотостабильности люминофора, обеспечивает низкую токсичность, высокую устойчивость и интенсивную люминесценцию по сравнению с водными растворами комплексов. В качестве люминофоров для введения в силикатную матрицу были выбраны комплексы тербия (III) c пара-сульфонатотиакаликс[4]ареном (TCAS) (см. рисунок).

Настоящая работа посвящена созданию субстрат-чувствительных коллоидных систем на основе люминесцентных силикатных наночастиц. Нами были получены силикатные наночастицы с распределением комплексов тербия (III) по всему объему в силикатной матрице («core-shell»), в зонах ядра («сore») и оболочки («shell»). Изучена зависимость степени и механизма тушения люминесценции тербия (III) различными тушителями (мероцианин 540, хелатирующие лиганды и катионы меди(II)) от морфологии наночастиц. Показано, что люминесцентный отклик силикатных наночастиц с локализацией комплексов тербия (III) в области ядра остается практически неизменным в присутствии тушителей. В случае равномерного распределения комплексов тербия (III) по всему объёму в силикатной матрице и в области оболочки, наблюдается значительное тушение люминесценции по динамическому механизму. Это связано с тем, что достаточное количество молекул люминесцирующего комплекса находятся вблизи от молекул тушителя, что обеспечивает эффективный перенос энергии между ними. Тушение по статическому механизму наиболее эффективно в случае частиц с равномерным распределением комплексов тербия (III) вследствие большего содержания люминесцирующих комплексов на границе раздела силикатная наночастица/вода. Таким образом, силикатные наночастицы с распределением комплексов тербия (III) в области ядра характеризуются стабильной во времени люминесценцией, что позволяет их использовать в качестве биомаркеров. Другой тип силикатных наночастиц, напротив, проявляет высокую чувствительность к внешнему окружению в растворе, то есть обладает сенсорной функцией [1,2].

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 13-03-00045-а.

1. Mukhametshina A.R., Mustafina A.R., Davydov N.A., Fedorenko S.V., Nizameev I.R., Kadirov M.K., Gorbatchuk V.V., Konovalov A.I. Tb(III)-Doped Silica Nanoparticles for Sensing: Effect of Interfacial Interactions on Substrate-Induced Luminescent Response // Langmuir. 2015. V. 31. P. 611-619.

2. Mukhametshina A.R., Mustafina A.R., Davydov N.A., Nizameev I.R., Kadirov M.K., Gorbatchuk V.V., Konovalov A.I. The energy transfer based fluorescent approach to detect the formation of silica supported phosphatidylcholine and phosphatidylserine containing bilayers // Colloids Surf., B. 2014. V. 115. P. 93-99.