Высокочувствительные биомаркеры, разработанные на основе квантовых точек (КТ), представляют альтернативу широко известным органическим красителям, которые используются в ходе хирургических вмешательств на сетчатке. Биологические свойства КТ позволяют отчетливо визуализировать состояние сетчатки, стекловидного тела, задней гиалоидной, внутренней пограничной и эпиретинальных мембран, кольца Вейса. Проведено математическое и компьютерное моделирование фотосинтетических структур на основе КТ. На базе метода разложения искомых полей по векторным сферическим гармоникам предложен усовершенствованный математический аппарат расчета локальных электромагнитных полей в нанобиокомплексах. Использованы коэффициенты Г. Ми с учетом h -слойного покрытия КТ сферической формы произвольного состава и размеров, а также ограничения рядов разложения по мультиполям до трех членов. Оценена сходимость рядов с учетом реальных свойств материала КТ и биоокружения. Получены сечения рассеяния, экстинкции квантовых точек InP/ZnS типа GA-150 в полиметилметакрилате для различного размерного ряда, а также амплитудные распределения локальных электромагнитных полей. Проведено моделирование плазмон-поляритонного механизма взаимодействия КТ в кластере с биомолекулами. Определены параметры процессов, ухудшающих оптические свойства нанобиокомплекса при фёрстеровском безызлучательном взаимодействии донорно-акцепторных пар. В программе ANSYS HFSS получены трехмерные распределения рассеянного света на кластере КТ размерностью 5´5´3. Результаты моделирования кинетики взаимодействия КТ с биоокружением показывают возможность реализации искусственного нейростимулятора фоторецепторов, например, на основе мембраны пористого оксида алюминия со встроенными в поры КТ полупроводникового (InP/ZnS) типа.
Пономарев Олег Павлович
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия
1. Visualizing vitreous using quantum dots as imaging agents / S. Yamamoto, N. Manabe, K. Fujioka et al. // IEEE Trans. NanoBioscience. – 2007. – Vol. 6. – No. 1. – P. 94–98.
2. Olson J. Method for stimulating retinal response using photoactive devices // Patent US, No. 106605. 2008.
3. Исследование физико-химических свойств квантовых точек InP/ZnS для офтальмо-логии / В.О. Пономарев, А.С. Барыбин, О.П. Пономарев и др. // Биомедицинская радио-электроника. – 2014. – № 3. – С. 23–31.
4. Сарычев А.К., Шалаев В.М. Электродинамика метаматериалов: пер. с англ. В.Г. Аракчеева, Ю.В. Владимировой / Науч. ред. В.Н. Задков. – М.: Научный мир, 2011. – 224 с.
5. Климов В.В. Наноплазмоника. – 2-е изд., испр. – М.: Физматлит, 2010. – 480 с.
6. Квантовая наноплазмоника: учеб. пособие / Е.С. Андрианов, А.П. Виноградов, А.В. Дорофеенко и др. – Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2015. – 368 с.
7. Apostol M., Vaman G. Plasmons and diffraction of an electromagnetic plane wave by a metallic sphere // Progress in Electromagnetics Research. – 2009. – Vol. 98. – P. 97–118.
8. Jackson J.D. Classical electrodynamics. – 3-th ed. – John Wiley & Sons, Inc., 1998. – 808 p.
9. Weiping C., Hofmeister H., Wei C. Optical properties of Ag and Au nanoparticles dis-persed within the pores of monolithic mesoporous silica // J. of Nanoparticle Research. – 2001. – No. 3. – P. 443–453.
10. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: пер. с англ. – 2-е. изд.– М.: Наука, 1973. – 719 с.
11. Степанов А.Л. Оптические свойства металлических наночастиц, синтезированных в полимере методом ионной имплантации (обзор) // ЖТФ. – 2004. – Т. 74. – Вып. 2. – С. 1–12.
12. Михеева О.П., Сидоров А.И. Поглощение и рассеяние инфракрасного излучения наночастицами диоксида ванадия с металлической оболочкой // ЖТФ. – 2003. – Т. 73. – Вып. 5. – С. 79–83.
13. Савченко С.С., Ильин Д.О., Вохминцев А.С., Вайнштейн И.А. Флуоресценция квантовых точек InP/ZnS в нанопористой матрице оксида алюминия // Тез. докл. II Меж-дунар. молодежной науч. конф. «Физика. Технологии. Инновации». – Екатеринбург: Ур-ФУ, 2015. – 380 с.
14. Пономарев В.О. Искусственные нанобиокомплексы на основе квантовых точек InP/ZnS для стимуляции фототрансдукции при заболеваниях сетчатки, сопровождающих-ся повреждением фоторецепторов // Медицина и высокие технологии. – 2017. – № 2. – С. 18–25.