Научная тема: «ПЛАЗМОННО-РЕЗОНАНСНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ»
Специальность: 03.01.02
Год: 2010
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Многослойная сферическая модель дает адекватное описание оптических свойств биоконъюгатов, при этом толщина адсорбционного слоя порядка 5 нм определяет основные изменения спектров. Для получения максимального оптического отклика на присоединение молекул-мишеней, оптимальный размер золотых наночастиц должен быть равен 40-50 нм, а отношение радиуса ядра к толщине золотых нанооболочек - 0.2- 0.4.
  2. Для препаратов золотых наностержней с долей примесей менее 5-10% и плазмонным резонансом в области 800-1000 нм можно экспериментально наблюдать значения максимума деполяризации рассеянного света около 50% в диапазоне длин волн 600-700 нм.
  3. Плазмонные резонансы золотых наностержней могут быть пронумерованы в порядке появления в спектре с ростом осевого отношения. Резонанс с номером n является суммой мультипольных вкладов с номерами l n соответствующей четности. Длины волн всех резонансов являются универсальной линейной функцией осевого отношения, деленного на номер резонанса.
  4. Формирование серебряного слоя толщиной 0-4 нм на золотых наностержнях с плазмонным резонансом в области 670-900 нм легко детектируется по спектрам экстинкции и рассеяния, при этом относительный сдвиг резонанса является линейной функцией толщины слоя серебра и может быть использован для ее измерения.
  5. Уширение спектров экстинкции и рассеяния тонких золотых нанооболочек обусловлено ограничением длины свободного пробега электронов, а для толстых оболочек основное уширение дает полидисперсность. Оба вклада увеличиваются с увеличением отношения радиуса ядра к толщине золотой оболочки. Для трехслойных металлодиэлектрических структур размерный эффект исключает возможность синтеза частиц с узкими спектрами, которые теоретически получаются с объемными константами.
  6. Для синтеза золотых наноклеток можно использовать упрощенную процедуру отмывки от хлорида серебра. При равной концентрации металла золотые наноклетки (50 нм, резонанс на 800 нм) обладают наивысшей эффективностью преобразования лазерного света в тепло по сравнению с золотыми наностержнями и нанооболочками.
  7. Сечение поглощение кластера многослойных сфер определяется, в основном, относительными межчастичными расстояниями и наличием фрагментов линейных цепочек частиц. Для фототермальной терапии наиболее эффективными преобразователями света в тепло являются золотые наностержни с толщиной 15-20 нм и длиной 50-70 нм или золотые нанооболочки с диаметром ядра 50-100 нм и толщиной слоя золота 5-10 нм.
  8. Подавление дипольной полосы экстинкции обусловлено уменьшением коллективного рассеяния, а не поглощения, является общим свойством плотноупакованного слоя и не зависит от природы частиц и деталей структуры слоя.
  9. Нанооболочки SiO2/Au с диаметром ядра 120 нм и толщиной золота 15-20 нм, функционализованные молекулами ПЭГ, можно использовать в качестве универсального биомаркера для in vivo и in vitro применений. В частности, при замене конъюгатов 15-нм золота на конъюгаты нанооболочек чувствительность дот- иммуноанализа может быть увеличена почти на два порядка за счет увеличения интегрального сечения экстинкции.
Список опубликованных работ
1. Хлебцов Н.Г. Спектротурбидиметрический анализ взвесей липосом / Н.Г. Хлебцов, Л.А. Ковлер, С.В. Загирова, Б.Н. Хлебцов, В.А. Богатырев // Коллоидный журнал. - 2001. - Т. 63. - С. 538-546.

2. Khlebtsov B.N. Studies of phosphatidilcholine vesicles by spectroturbidimetry and dynamic light scattering methods / B.N. Khlebtsov, L.A. Kovler, V.A. Bogatyrev, N.G. Khlebtsov, S.Yu. Shchyogolev // J. Quant. Spectr. Radiat. Ttransfer. - 2003. - V. 79-80. - P. 829-838.

3. Хлебцов Н.Г. Двухслойная модель биоконъюгатов коллоидного золота и её применение для оптимизации наносенсоров / Н.Г. Хлебцов, Л.А. Дыкман, В.А. Богатырев, Б.Н. Хлебцов // Коллоидный журнал. - 2003. - Т. 65. - С.552-562.

4. Хлебцов Н.Г. Многослойная модель биоконъюгатов золотых наночастиц: исследование адсорбции желатина и иммуноглобулина человека с использованием спектров статического рассеяния и поглощения света и метода динамического светорассеяния / Н.Г. Хлебцов, В.А. Богатырев, Б.Н. Хлебцов, Л.А. Дыкман, P. Englebienne // Коллоидный журнал. - 2003. - Т. 65. - С.679-693.

5. Богатырев В.А. Определение среднего размера и оценка полидисперсности наночастиц золота по спектрам поглощения и рассеяния света / В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2004. - Т. 94. - С. 139-147.

6. Khlebtsov B.N. A method for studying insoluble immune complexes / B.N. Khlebtsov, G.L. Burygin, L.Yu. Matora, S.Yu. Shchyogolev, N.G. Khlebtsov // Biochim. Biophys. Acta. - 2004. - V. 1670. - P. 199-207.

7. Khlebtsov N.G. Differential light scattering spectroscopy: a new approach to studies of colloidal gold nanosensors / N.G. Khlebtsov, V.A. Bogatyrev, L.A. Dykman, B.N. Khlebtsov, Ya.M. Krasnov // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. - 2004. - V. 89. - P. 133-142.

8. Dykman L.A. A protein assay based on colloidal gold conjugates with trypsin / L.A. Dykman, V.A. Bogatyrev, B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // Anal. Biochem. – 2005. – V. 341. – P. 16- 21.

9. Богатырев В.А. Оптические свойства конъюгатов коллоидного золота с олиготимидином и их изменение при реакции гибридизации с полиадениловой кислотой / В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Б.Н. Хлебцов, В.К. Плотников, Н.Г. Хлебцов // Коллоидный журнал. - 2005. - Т. 67. - 458-468.

10. Alekseeva A.V. Preparation and optical scattering characterization of gold nanorods, and their application to a dot-immunogold assay / A.V. Alekseeva, V.A. Bogatyrev, L.A. Dykman, B.N. Khlebtsov, L.A. Trachuk, A.G. Melnikov, N.G. Khlebtsov // Appl. Opt. – 2005. – V. 44. – P. 6285-6295.

11. Khlebtsov N.G. Can the light scattering depolarization ratio of small particles be greater than 1/3? / N.G. Khlebtsov, A.G. Mel’nikov, V.A. Bogatyrev, L.A. Dykman, A.V. Alekseeva, L.A. Trachuk, B.N. Khlebtsov // J. Phys. Chem. B. – 2005. – V.109 – P. 13578-13584.

12. Арефьева О.А. Липосомы в изучении механизма агрегации бактерий и их адсорбции на корнях растений / О.А. Арефьева, С.М. Рогачева, П.Е. Кузнецов, Б.Н. Хлебцов, С.А. Толмачев, М.С. Купадзе // Биологические мембраны. - 2006. - Т. 23. – С. 14-21.

13. Khlebtsov B.N. Absorption and scattering of light by a dimer of metal nanospheres: Comparison of dipole and multipole approaches / B.N. Khlebtsov, A.G. Melnikov, V.P. Zharov, N.G. Khlebtsov // Nanotechnology. – 2006. – V. 17. – P. 1437-1445.

14. Хлебцов Н.Г. Деполяризация света, рассеянного золотыми наносферами и наностержнями / Н.Г. Хлебцов, А.Г. Мельников, В.А. Богатырев, А.В. Алексеева, Б.Н. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2006. - Т. 100. - С. 491-498.

15. Khlebtsov B.N. Ultrasharp light scattering resonances of structured nanospheres: Effects of size-dependent dielectric functions / B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // J. Biomedical Optics. - 2006. - V. 11. - P. 44002 (1-5).

16. Алексеева А.В. Золотые наностержни: синтез и оптические свойства / А.В. Алексеева, В.А. Богатырев, Б.Н. Хлебцов, А.Г. Мельников, Л.А. Дыкман, Н.Г. Хлебцов // Коллоидный журнал. - 2006. - Т. 68. - C. 725-744.

17. Khlebtsov B.N. Optical amplification of photothermal therapy with gold nanoparticles and nanoclusters / B.N. Khlebtsov, V.P. Zharov, A.G. Melnikov, V.V. Tuchin, N.G. Khlebtsov // Nanotechnology. - 2006. - V. 17. – P. 5267-5179.

18. Khlebtsov B.N. A solid-phase dot assay using silica/gold nanoshells / B.N. Khlebtsov, L.A. Dykman, V.A. Bogatyrev, V.P. Zharov, N.G. Khlebtsov // Nanoscale Research Letters. - 2007. - V. 2. - P. 6-11.

19. Хлебцов Б.Н. Спектры резонансного светорассеяния золотых нанооболочек: эффекты полидисперсности и ограничения длины свободного пробега электронов / Б.Н. Хлебцов, В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2007. - Т. 102. - С. 273-281.

20. Khlebtsov B.N. Biosensing potential of silica/gold nanoshells: Sensitivity of plasmon resonance to the local dielectric environment / B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // J. Quant. Spectr. Radiat. Transfer. - 2007. - V. 106. - P. 154-169.

21. Khlebtsov B.N. On the extinction multipole plasmons in gold nanorods / B.N. Khlebtsov, A.G. Melnikov, N.G. Khlebtsov // J. Quant. Spectr. Radiat. Transfer. - 2007. - V. 107 - P. 306- 314.

22. Хлебцов Н.Г. Золотые наноструктуры с плазмонным резонансом для биомедицинских исследований / Н.Г. Хлебцов, В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Б.Н. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2007. - Т. 2. - C. 69-86.

23. Khlebtsov. B.N. Multipole plasmons in metal nanorods: Scaling properties and dependence on the particle size, shape, orientation, and dielectric environment / B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // J. Phys. Chem. C. - 2007. - V. 111 - P. 11516-11527.

24. Загайнова Е.В. Исследование контрастирующих свойств золотых наночастиц для метода ОКТ / Е.В. Загайнова, М.В. Ширманова, В.А. Каменский, М.Ю. Кирилин, А.Г. Орлова, И.В. Балалаева, Б.Н. Хлебцов, А.М. Сергеев // Российские нанотехнологии. - 2007. - Т.2. - С. 135-143.

25. Maksimova I.L. Near-infrared laser photothermal therapy of cancer by using gold nanoparticles: computer simulations and experiment / I.L. Maksimova, G.G. Akchurin, B.N. Khlebtsov, G.S.Terentyuk, B.N. Khlebtsov, I.A.Ermolaev, A.A.Skaptsov, E.P.Soboleva, N.G. Khlebtsov, V.V. Tuchin // Мedical Laser Applications. - 2007. - V. 22. - P. 199-206.

26. Khlebtsov B.N. Observation of extra-high depolarized light scattering spectra from gold nanorods / B.N. Khlebtsov, V.A. Khanadeev, N.G. Khlebtsov // J. Phys. Chem. C. - 2008. - V. 112. - P. 12760-12768.

27. Khlebtsov B.N. Determination of the size, concentration, and refractive index of silica nanoparticles from turbidity spectra / B.N. Khlebtsov, V.A. Khanadeev, N.G. Khlebtsov // Langmuir. - 2008. - V. 24. - P. 8964-8970.

28. Akchurin G.G. Gold nanoshell photomodification under single nanosecond laser pulse accompanied by color-shifting and bubble formation phenomena / G.G. Akchurin, B.N. Khlebtsov, Geor.G. Akchurin, V.V. Tuchin, V.P. Zharov, N.G. Khlebtsov // Nanotechnology. - 2008. - V. 19. - P. 015701 (1-8).

29. Khlebtsov B.N. Enhanced solid-phase immunoassay using gold nanoshells: Effect of nanoparticle optical properties / B.N. Khlebtsov, N.G. Khlebtsov // Nanotechnology. - 2008. - V. 19. - P. 435703 (1-10)

30. Khlebtsov B.N. Coupled plasmon resonances in monolayers of metal nanoparticles and nanoshells / B.N. Khlebtsov, V.A. Khanadeyev, J. Ye, D.W. Mackowski, G. Borghs, N.G. Khlebtsov // Phys. Rev. B. - 2008. - V. 77. - P. 035440 (1-14).

31. Zagaynova E.V. Contrasting properties of gold nanoparticles for optical coherence tomography: phantom, in vivo studies and Monte Carlo simulation / E.V. Zagaynova, M.V. Shirmanova, M.Y. Kirillin, B.N. Khlebtsov, A.G. Orlova, I.V. Balalaeva, M.A. Sirotkina, M.L. Bugrova, P.D. Agrba, V.A. Kamensky // Phys. Med. Biol. - 2008. - V. 53. - P. 4995- 5009.

32. Максимова И.Л. Лазерный фототермолиз биотканей с использованием плазмонно- резонансных наночастиц / И.Л. Максимова, Г.Г. Акчурин, Г.С. Терентюк, Б.Н. Хлебцов, Геор.Г. Акчурин, И.А. Ермолаев, А.А. Скапцов, Е.М. Ревзина, В.В. Тучин, Н.Г. Хлебцов // Квантовая электроника. - 2008. - Т. 38. - С. 536-542.

33. Федосов И.В. Динамическая ультрамикроскопия лазерно-индуцированных течений в коллоидных растворах плазмонно-резонансных частиц / И.В. Федосов, И.С. Нефедов, Б.Н. Хлебцов, В.В. Тучин// Квантовая электроника. - 2008. - Т. 38, №6. - С. 530-535.

34. Горин Д.А. Полиэлектролитные микрокапсулы, содержащие молекулы сульфированного бета-циклодекстрина в структуре наноразмерной оболочки / Д.А. Горин, С.А. Портнов, О.А. Иноземцева, А.Л. Карагайчев, А.А. Невешкин, Б.Н. Хлебцов 0 14.036 28, С.Н. Штыков // Коллоидный журнал. - 2008. - Т. 70, № 2. - С. 175-180.

35. Хлебцов Б.Н. Коллективные плазмонные резонансы в монослое металлических наночастиц и нанооболочек / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2008. - Т. 104. - С.324-337.

36. Хлебцов Б.Н. Определение размера, концентрации и показателя преломления наночастиц оксида кремния методом спектротурбидиметрии / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2008. - Т. 105. - С. 801-808.

37. Букреева Т.В. Полиэлектролитные микрокапсулы с наночастицами серебра и золота в составе оболочки, полученные на ядрах карбоната кальция и полистирола / Т.В. Букреева, Б.В. Парахонский, И.В. Марченко, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов, О.В. Дементьева, М.Н. Саватеев, Л.А. Фейгин, М.В. Ковальчук // Российские нанотехнологии. - 2008. - T. 3. - С. 89-96.

38. Хлебцов Н.Г. Нанобиотехнологии в России. Нанокристаллы для биомедицинской диагностики / Н.Г. Хлебцов, В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Б.Н. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2008. - Т.3. - С. 31-33.

39. Хлебцов Б.Н. Использование золотых нанооболочек в твердофазном иммуноанализе / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Н.Г. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2008. - Т. 3. - С. 50-63.

40. Колесникова Т.А. Характеризация чувствительных к ультразвуковому воздействию нанокомпозитных микрокапсул методом атомно-силовой микроскопии / Т.А. Колесникова, Б.Н. Хлебцов, Д.Г. Щукин, Д.А. Горин // Российские нанотехнологии. - 2008. - Т.3. - С. 48-57.

41. Kirilin M.Y. Contrasting properties of gold nanoshells and titanium dioxide nanoparticles for optical coherence tomography imaging of skin: Monte Carlo simulations and in vivo study / M.Y. Kirillin, M.V. Shirmanova, M.A. Sirotkina, M.L. Bugrova, B.N. Khlebtsov, E.V. Zagaynova // J. Biomed. Opt. – 2009. - V. P. 021017 (1-9).

42. Ященок А.М. Зависимость параметров оболочки нанокомпозитных микрокапсул от размера золотых наночастиц / А.М. Ященок, О.А. Иноземцева, Д.А. Горин, Б.Н. Хлебцов // Коллоидный журнал. - 2009. - Т. 71. - С. 422-429.

43. Федосов И.В. Измерение коэффициента диффузии наночастиц методом микроскопии селективного планарного освещения / И.В. Федосов, И.С. Нефедов, Б.Н. Хлебцов, В.В. Тучин // Оптика и спектроскопия. - 2009. - Т. 107. - С. 895–902.

44. Хлебцов Б.Н. Синтез, стабилизация и оптические свойства золотых наностержней с серебряной оболочкой / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, В.А. Богатырев, Л.А. Дыкман, Н.Г. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2009. - Т. 4. - С. 93-103.

45. Terentyuk G.S. Circulation and distribution of gold nanoparticles and induced alterations of tissue morphology at intravenous particle delivery / G.S. Тerentyuk, G.N. Maslyakova, L.V. Suleymanova, B.N. Khlebtsov, B.Ya. Kogan, G.G. Akchurin, A.V. Shantrocha, I.L. Maksimova, N.G. Khlebtsov, V.V. Tuchin // J. Biophotonics. - 2009. - V. 2. - P. 292-302.

46. Terentyuk G.S. Laser induced tissue hyperthermia mediated by gold nanoparticles: towards cancer phototherapy / G.S. Тerentyuk, G.N. Maslyakova, L.V. Suleymanova, N.G. Khlebtsov, B.N. Khlebtsov, G.G. Akchurin, I.L. Maksimova, V.V. Tuchin // J. Biomed. Opt. - 2009. - V. 14. – 021016(1-9).

47. Burygin G.L. On the enhanced antibacterial activity of antibiotics mixed with gold nanoparticles / G.L. Burygin, B.N. Khlebtsov, A.N. Shantrokha, L.A. Dykman, V.A. Bogatyrev, N.G. Khlebtsov // Nanoscale Res. Lett. - 2009. - V. 4. - P. 794-801.

48. Khanadeev V.A. Quantitative cell bioimaging using gold-nanoshell conjugates and phage antibodies / V.A. Khanadeev, B.N. Khlebtsov, S.A. Staroverov, I.V. Vidyasheva, A.A. 46 Skaptsov, E.S. Ileneva, V.A. Bogatyrev, L.A. Dykman, N.G. Khlebtsov // J. Biophotonics. - 2010. – V. 3. – DOI: 10.1002/jbio.200900093.

49. Хлебцов Б.Н. Ослабление, рассеяние и деполяризация света золотыми наностержнями с серебряной оболочкой / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, Н.Г. Хлебцов // Оптика и спектроскопия. - 2010. - Т. 108. - 64-74.

50. Khlebtsov B.N. Tunable depolarized light scattering from gold and gold/silver nanorods / B.N. Khlebtsov, V.A. Khanadeev, N.G. Khlebtsov // Phys. Chem. Chem. Phys.- 2010. – V. 12. – P. 3210-3218.

51. Хлебцов Б.Н. Серебряные нанокубики и золотые наноклетки: синтез, оптические и фототермические свойства / Б.Н. Хлебцов, В.А. Ханадеев, Н.Г. Хлебцов // Российские нанотехнологии. - 2010. - Т. 5. – С. 00-00.

Патенты:

1. Патент на изобретение № 2347563 РФ. - Способ селективного разрушения меланомы. – Г.Г. Акчурин, Геор.Г. Акчурин, В.А. Богатырев, И.Л. Максимова, Г.Н. Маслюкова, Г.С. Терентюк, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов, А.В. Шантроха. - опубликовано 27.02.2009. Бюл.№ 17.

2. Патент на изобретение № 2361190 РФ. – Способ определения концентрации наночастиц. - Г.Г. Акчурин, Геор.Г. Акчурин, И.О. Колбенев, В.Ю. Максимов, О.Г. Наумова, Б.Н. Хлебцов, Н.Г. Хлебцов. - опубликовано 10.07. 2009. Бюл.№ 19.