Ученые из Rice создали первый наноразмерный pH-метр
Ученые Университета Райс, используя уникальные наночастицы, преобразующие лазерный свет в полезную информацию, создали первый в мире наноразмерный pH-метр.
Открытие, опубликованное на этой неделе в журнале Nano Letters, впервые предоставляет биологам потенциальный инструмент для измерения точных изменений pH в реальном времени в широком диапазоне внутри живых тканей и клеток.
"Почти каждый биолог, с которым я говорю, придумывает одну или две вещи, которые он хотел бы измерить с помощью этого", — сказала ведущий исследователь Наоми Халас.
Например, pH может быть полезен для определения злокачественности некоторых опухолей. Современные методы требуют физического удаления фрагмента опухоли с помощью болезненной и инвазивной биопсии для визуальной оценки под микроскопом. Новый нано-pH-метр от LANP можно использовать в качестве "оптической биопсии" для измерения pH внутри опухоли с помощью простой инъекции.
Команда LANP создала pH-сенсор с использованием нанооболочек — оптически настроенных наночастиц, изобретенных Халас. Каждая нанооболочка содержит крошечное ядро из непроводящего диоксида кремния (SiO2), покрытое тонкой оболочкой из металла (обычно золота). Нанооболочки, которые во много раз меньше живых клеток, можно производить с высокой точностью, а металлические оболочки можно настроить на поглощение или рассеяние определенных длин волн света.
Чтобы создать pH-сенсор, команда покрыла нанооболочки чувствительными к pH молекулами пара-меркаптобензойной кислоты (pMBA). При помещении в растворы различной кислотности и освещении устройство "нанооболочка-молекула" дает небольшие, но легко обнаруживаемые изменения в свойствах рассеянного света. Их "декодирование" позволяет определить pH локальной среды наноустройства с высокой точностью. Используя методы, обычно применяемые для распознавания изображений, команда разработала эффективную процедуру статистического обучения для получения выходных данных устройства, достигнув средней точности в 0.1 единицы pH.
Термин "pH" был введен датским химиком Сёреном Сёренсеном в 1909 году как удобный способ выражения кислотности раствора. pH колеблется от 1 (наиболее кислый) до 14 (наиболее щелочной).