أحد الأساليب الواعدة للعلاج المضاد للسرطان هو استخدام الجسيمات النانوية البلازمية ، والتي يمكن إيصالها إلى الأورام ، والتي تعمل بواسطة نبضات الليزر ، والتي ستخلق مناطق ذات ضغط وضغط مرتفعين للغاية ، وستتمزق أغشية الخلايا السرطانية المحيطة. .
في سياق حساباتهم ، اكتشف العلماء السيبيريون أن التسخين القوي يغير الخصائص البلازمية للجزيئات ، ونتيجة لذلك ، قد تتدهور فعاليتها العلاجية.
تعتمد Plasmonics على إثارة التذبذبات المتزامنة لإلكترونات التوصيل في الجسيمات النانوية (غالبًا الذهب) باستخدام الضوء. يمكن أن يصبح أساسًا لتطوير أنظمة إلكترونية بصرية مختلفة ، ولكن أيضًا أنواع جديدة من العلاج. يمكن إدخال الجسيمات النانوية في الورم السرطاني وتشعيعها بالليزر – وبهذه الطريقة ستتلقى طاقة إضافية بسبب رنين البلازمون السطحي.
سيتم إطلاق الطاقة الزائدة في شكل حرارة وستسخن بشدة الأنسجة المسببة للأمراض المحيطة ، وكذلك تخلق ضغطًا مرتفعًا. في ظل هذه الظروف ، تتمزق الخلايا وتموت.
يقول الدكتور سيرجي بوليوتوف ، الباحث الرئيسي ومدير مركز الأبحاث الدولي للطيف والكيمياء الكمومية ، بجامعة سيبيريا .
“على الرغم من أن التأثيرات البلازمية مدروسة جيدًا في الوقت الحالي ، إلا أنه ليس لدينا الكثير من البيانات حول كيفية تأثير درجة الحرارة على الجسيمات النانوية البلازمية ، خاصة في منطقة 5-10 نانومتر ، حيث لا تنطبق طرق النظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية بسبب التأثيرات الكمومية والكمية من المستحيل عمليا استخدام الأساليب بسبب الموارد الحسابية المحدودة. عند تسخينها ، يمكن للجسيمات النانوية أن تغير شكلها ، وتذوب ، وتبدأ في التبخر ، وكل هذا سيغير خصائصها البصرية ، ومن ثم كفاءة عمليات الطحين ، وهي مهمة لعدد من التطبيقات “.
قام العلماء بمحاكاة تسخين جزيئات الذهب النانوية إلى درجة حرارة انصهار تبلغ 1064 درجة مئوية – وأعلى. وقد تم مساعدتهم في حساباتهم من خلال نموذجهم الرياضي الفريد ، والذي يسمح لهم بدراسة الجسيمات النانوية بحجم 5-15 نانومتر.
اتضح أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد أيضًا سعة الاهتزازات الذرية ، وتتباطأ فقط بالقرب من نقطة الانصهار. يستمر المزيد من النمو ، وفي النهاية يمر المعدن إلى حالة غازية ، وتخضع الجسيمات النانوية للاضمحلال.
يبدأ كل شيء من السطح ، وعندما تقترب من علامة 1064 درجة مئوية ، تنتشر العملية في جميع أنحاء المجلد بأكمله.
اهتزازات الذرات (وتسمى أيضًا الفونونات) حتى قبل انتقال المعدن إلى الحالة السائلة تؤدي إلى اختفاء الخصائص البلازمية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنها تتفاعل مع الإلكترونات التي تتحرك بحرية في الشبكة البلورية ، مما يؤدي إلى إبطائها – كما أن الموجات الكهرومغناطيسية لا يمكنها الانتشار وتخمد.
يعلق الدكتور سيرجي كاربوف ، الأستاذ في جامعة سيبيريا ، والباحث في مركز الأبحاث الدولي التحليل الطيفي وكيمياء الكم.
“غالبًا ما يتم تجاهل الآليات التي وصفناها ، ومع ذلك يمكنها تغيير خصائص الجسيمات النانوية البلازمية بشكل جذري. هذا مهم بشكل خاص في الظروف التي يتم فيها استخدام ليزر نابض مع كثافة إشعاع عالية – فهو يضفي طاقة عالية على وسط يحتوي على جسيمات نانوية ، ولكنه في نفس الوقت يسخن بشدة الجسيمات النانوية نفسها”.
يلخص الدكتور فاليري جيراسيموف الباحث في مركز الأبحاث الدولي.
” التأثيرات المدروسة مثيرة للاهتمام ليس فقط لارتفاع حرارة الخلايا السرطانية ، ولكنها مهمة أيضًا لإنشاء العديد من الأجهزة الإلكترونية الضوئية ، وأجهزة الاستشعار الحساسة المختلفة القائمة على تأثيرات مأكل اللحم.
يمكن أن تكون مطلوبة الآن في تطوير أجيال جديدة من الدوائر الدقيقة لأجهزة الكمبيوتر”.
- يمكن الاطلاع على نتائج العمل الذي تم تنفيذه بدعم منحة من مؤسسة العلوم الروسية (RSF) على صفحات مجلة Nanoscale
