Учёные Саратовского университета проводят исследования в разных направлениях: от спектрального анализа до нелинейных хаотических систем. Институт химии регулярно получает гранты Российского научного фонда на выполнение проектов. Одно из перспективных направлений исследований – люминесцентные квантовые точки. Сотрудники кафедры общей и неорганической химии Дарья Цюпка и Даниил Дрозд рассказали о том, что скрывают двери научной лаборатории наноматериалов для аналитических систем.
Квантовые точки – это полупроводниковые кристаллы размером не более 10 нанометров, что в тысячи раз меньше величины бактерий. Синтетические частицы под действием ультрафиолетового излучения способны светиться (люминесцировать). Основа вещества – нанокристалл – создаёт крайне устойчивую структуру, которую можно изменять и направлять. Цвет свечения зависит от химического состава и размера точек. Благодаря яркому свечению разными цветами квантовые точки можно использовать в медицине для обнаружения белков, токсинов и лекарственных препаратов, а также в любых сферах, взаимодействующих со светом.
Разнообразные наночастицы получают и изучают в лабораториях Института химии давно командами учёных различной специализации. На первых курсах студенты бакалавриата выбирают направление исследований, в которое погружаются по мере освоения ступеней образования. Дарья Цюпка и Даниил Дрозд продолжили изучать квантовые точки в более профессиональных условиях уже после окончания аспирантуры.
Квантовые точки проходят в лабораториях полный цикл: от синтеза до применения. Для оптимизации процессов исследователи разделены по профилю работы, одна подгруппа о создаёт (синтезирует) частицы как Даниил, вторая использует частицы для отслеживания медицинских препаратов как Дарья.
Протокол синтеза определяет состав и свойства квантовых точек. После открытий 2024 года, опубликованных в журнале Chemical Engineering Journal, учёные используют нанокристаллы на основе сложных сплавов кадмия, цинка, селена и серы. После получения квантовые точки могу храниться десятилетиями, сохраняя свои функции. Для исследования биообъектов частицы нужно модифицировать, чтобы они стали стабильными в водной среде. После такой модификации частиц могут начать деградировать, а срок хранения резко сокращаться.
Синтезируемые наночастицы различаются по цветам, которые зависят от химического состава и размера частиц. Квантовые точки создаются для решения разнообразных задач исследования.
Биологические жидкости и живые ткани организма становятся прозрачными в красном цвете. Поэтому на просвет мы их видим красными. Если учёные работают с чем-то биологическим, то чаще всего стараются применять материал именного этого цвета или противоположный для создания контраста. При одновременном определении нескольких препаратов в одном образце крови выбирают квантовые точки разных цветов. Такая мера необходима для разделения: для каждого препарата свой цвет.
Яркость свечения квантовых точек имеет не меньшее значение. С использованием наночастицы учёные разработали методику мониторинга концентрации лекарственных препаратов в крови пациента. Особенно полезна разработка в химиотерапии, когда вещества действуют специфично. Точное отслеживание дозировки помогает избежать побочных эффектов.
Метод определения лекарственных препаратов в биожидкостях пациентов основан на регистрации изменений интенсивности люминесцентности квантовых точек. Частицы обладают ярким свечением. В присутствии препарата свет уменьшается или вовсе затухает. Этот процесс снижения интенсивности мы регистрируем, и на основе результатов разрабатывается дозировка.
В апреле 2026 года Институт химии выиграл сразу 2 гранта на разработку квантовых точек и методик их применения. Первый профиль – мониторинг в крови антибактериальных противотуберкулёзных препаратов. Второй профиль технический – определение пестицидов и гербицидов, распространённых на рынке в России и конкретно в Саратовской области.
Квантовые точки – не новая разработка, но учёные СГУ модифицируют их под актуальные задачи человечества.
Текст: Арина Шейко
Фото: Анастасия Ковшова
Август 2026