На первый взгляд крошечные аквариумные рыбки Danio rerio — обычные питомцы школьных лабораторий. Но именно они помогли международной команде ученых вывести термометрию на новый уровень. Исследователи из Национального исследовательского университета ИТМО, НМИЦ имени В. А. Алмазова, Национального научного центра морской биологии ДВО РАН и Университета Лотарингии сообщили, что рыбки «примерили» на себя двумерные металл-органические каркасы, превращающие тепло тела в смену цвета люминесценции. Результаты опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
Работа начиналась как чистая химия: в ИТМО синтезировали тончайшие нанолисты — плоские структуры, где ионы металлов жестко фиксированы органическими лигандами в строгих двухмерных узорах. Когда такой лист облучают лазером, он светится. Главное открытие в том, что спектр этого свечения меняется, стоит температуре подняться или опуститься всего на доли градуса. Ученые быстро поняли: у подобного свойства огромный потенциал, если материал не будет токсичен и сможет «жить» внутри организма.
Ответить на вопрос о биосовместимости помогла лаборатория морской биологии во Владивостоке. Личинкам Danio rerio ввели водную суспензию нанолистов и наблюдали за ними под световым микроскопом. Рыбки оставались активными, развивались нормально и — главное — отчетливо «подсвечивали» собственную температуру: от нежно-зеленого до ярко-желтого при каждом изменении внешних условий. Оптическая система микроскопа фиксировала изменение цвета, а значит, и колебания тепла с точностью порядка одного градуса.
Затем очередь перешла к врачам-кардиологам НМИЦ Алмазова: они проверяли, как сенсор ведет себя во «взрослом» организме. В течение недели все подопытные рыбы чувствовали себя так же хорошо, как их сородичи без инъекций. Это стало ключевым доказательством: новый материал не просто можно вводить в живую ткань — он безопасен и остается функциональным.
Такая нежная методика уже заинтересовала онкологов и нейробиологов: контролировать нагрев опухолей во время лазерной терапии или отслеживать микроскопические температурные колебания в мозге — задачи, где классические датчики бессильны. Следующим шагом команда планирует «научить» каркасы избирательно прикрепляться к нужным клеткам, а затем испытать их на теплокровных животных.
Если дальнейшие испытания подтвердят эффективность, двумерные MOF-сенсоры могут стать основой портативных биосовместимых термометров, которые врачи смогут использовать во время операций, а ученые — в фундаментальных исследованиях живых систем. Пока же небольшие полоски света в теле простых рыбок дают большой повод считать: будущее неинвазивной термодиагностики уже началось.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН
