Плазмоны – это колебания облаков свободных электронов, возникающие на поверхности определенных металлов в моменты, когда фотоны падают на эту поверхность. За все время исследований этих объектов ученые выяснили, что можно спроектировать такое наноустройство, на поверхности которого плазмоны будут раскачивать сами себя, усиливая свет почти также, как это происходит в резонансном объеме лазера.
И результат колебаний плазмонов получается приблизительно таким же, как и результат колебаний фотонов в лазере – наноустройство также излучает когерентный монохроматический свет.
«Спазер – это практически тоже самое, что и лазер» – рассказывает Чанэка Рупэзинг (Chanaka Rupasinghe), студент-выпускник из университета Монаша (Monash University), находящегося близ Мельбурна, Австралия. Рупэзинг и его руководитель, профессор Мэлин Премаратн (Malin Premaratne), представили свою идею на конференции IEEE по фотонике, которая проходила недавно в Лос-Анджелесе.
Первые спазеры, созданные учеными, представляют собой золотые наночастицы, окруженные кварцевой оболочкой, соединенные нанопроводниками из сульфида кадмия с серебряным основанием.
Спазеры же, используемые для борьбы с клетками злокачественных опухолей, имеют абсолютно другую конструкцию, их структура состоит из графена и углеродных нанотрубок.
Углеродная нанотрубка спазера поглощает энергию света от отдельного внешнего источника лазерного света. Эта энергия передается поверхностному плазмону, находящемуся на расположенном рядом кусочке графена и эта связка создает эффект спазера. Накачивая спазер светом с длиной волны в 1200 нанометров, можно заставить его излучат свет с длиной волны 1700 нанометров. Кроме этого, благодаря высокой механической прочности углеродной нанотрубки и графеновой пленки, конструкция спазера сама по себе имеет высокую прочность, сохраняя при этом гибкость, устойчивость к теплу и воздействиям химически активных веществ.
Разработав конструкцию спазера, исследователи задались целью применить его в качестве замены наночастиц, которые уже использовались для лечения рака в качестве контейнеров для транспортировки лекарственных препаратов. На поверхность нанотрубок и графена были нанесены некоторые биологически активные вещества, которые привлекут их в район раковой опухоли. И, попав в это место, нанотрубки и графен методом самосборки превращаются во множество спазеров.
Окутав «одеялом» спазеров клетки раковой опухоли и накачав спазеры светом лазера с длиной волны от 1000 до 1350 нанометров, который проникает сквозь живые ткани на глубину нескольких сантиметров, исследователи добились производства резких концентрированных ударов высокой температуры от усиленного света, вырабатываемого спазерами. И, согласно расчетам, произведенным при помощи математических моделей, для разрушения клеток раковой опухоли небольших размеров потребуется всего один-два тепловых удара.
К сожалению, никому из ученых еще не удавалось создавать самособирающиеся графено-нанотрубочные спазеры, не говоря об их использовании в качестве безопасного и эффективного метода лечения рака.
«Мы, в основном, занимаемся теоретическими исследованиями и проводим массу математических моделирований» – рассказывает профессор Мэлин Премаратн, – «Но уже есть наметки на то, что некоторые заинтересованные организации попытаются реализовать нашу идею, в результате чего люди могут получить еще одно оружие в арсенале средств борьбы с раком и другими онкологическими заболеваниями».
