Как вирусы взаимодействуют с магнитными наночастицами

На микрофотографии изображены магнитные игольчатые наночастицы диоксида хрома (CrO2), полученные методом гидротермального синтеза в присутствии малых модифицирующих добавок олова (Sn) и сурьмы (Sb).
Частицы собраны в форме яйца, что обусловлено их высокими магнитными характеристиками. Этот материал может применяться в устройствах магнитной записи и спиновой электронике.

Ансамбли магнитных наночастиц находят весьма широкое применение в современных нанотехнологиях. Достаточно упомянуть такие важные приложения магнитных наночастиц, как сверхплотная магнитная запись информации, магнитные жидкости с уникальными реологическими свойствами, высококоэрцитивные постоянные магниты, пр. В последнее время быстро развиваются весьма перспективные биомедицинские применения магнитных наночастиц, такие как магнитная резонансная томография, адресная доставка лекарств, магнитная гипертермия, глубокая очистка биосред от токсинов и примесей, и.т. д.

Химики, физики, инженеры и технологи долгие годы работают с разнообразными ансамблями магнитных наночастиц, добиваясь оптимизации физико-химических свойств ансамблей для разнообразных технический применений. Эта работа еще далека от завершения. Это связано во-первых с тем, что само явление магнетизма достаточно сложно для изучения. А во вторых, весьма непросто работать с нано- объектами, наблюдать которые можно лишь с помощью совершенных электронных микроскопов.

Ферромагнитное вещество обладает особым магнитным порядком, который отсутствует в обычных веществах. А именно, в каждой точке ферромагнитного тела существует вектор намагниченности M®, длина которого постоянна, и равна физической величине, называемой намагниченностью насыщения вещества, |M®| = Ms. Намагниченность насыщения – это количество элементарных магнитных моментов в единице объема ферромагнитного вещества, поведение которых скоррелировано квантово-механическим обменным взаимодействием [1,2]. Основным предметом изучения в ферромагнетизме является анализ возможных типов распределения вектора M® по объему ферромагнитного тела в зависимости от приложенного магнитного поля и других факторов. Оказывается, что вектор M® не может меняться резко, скачками, а может лишь плавно разворачиваться в намагниченном теле от точки к точке, сохраняя свою длину. Таким образом, по сути дела магнетизм – это трехмерное векторное поле.

Заметим, что мы живем в окружении различных физических полей. Например, неоднородное распределение температуры внутри и вокруг нас есть трехмерное скалярное поле температуры. Это поле описывается единственной функцией T(r,t), которая может зависеть не только от положения точки в пространстве r, но и от времени t. Для описания же векторного поля нужны три функции – проекции этого вектора на оси декартовой системы координат, . Существенное свойство магнитного вектора, радикально отличающее поле этого вектора от других физических полей – это постоянство длины магнитного вектора, Mx2(r,t)+My2(r,t)+Mz2(r,t) = Ms2, что диктуется законами квантовой механики [1,2]. Это соотношение нелинейное, поскольку оно связывает квадраты величин. Поэтому изучение ферромагнетизма требует применения специальной нелинейной математики, которая намного сложнее обычного математического анализа. Кроме того, любое намагниченное тело создает внутри и вокруг себя распределение магнитного поля, H®, которое само влияет на распределение намагниченности в ферромагнитном теле. При удалении от намагниченного тела поле H® убывает в пространстве медленно, пропорционально

1/r3, то есть оно является дальнодействующим. Это значит, что даже достаточно удаленные участки намагниченного тела связаны магнитным взаимодействием, то есть их поведение согласовано.

Эти два обстоятельства – нелинейность уравнений, которые описывают распределение вектора M® в пространстве, и дальнодействующий характер магнитного взаимодействия, чрезвычайно затрудняют теоретический анализ свойств ферромагнитных материалов. Хотя основные уравнения феноменологического ферромагнетизма были сформулированы Ландау и Лифшицем очень давно, в их знаменитой работе 1935 года [3], существенный прогресс в разработке теории ферромагнетизма произошел лишь в 90-х годах прошлого века, в связи с развитием мощных методов компьютерного моделирования. До сего времени магнитные наночастицы остаются одним из центральных объектов теории ферромагнетизма, и все еще являются важной областью экспериментальных изысканий. Дело в том, что протяженное ферромагнитное тело обладает большим числом магнитных степеней свободы. Действительно, в макроскопически большом теле вектор M® может разворачиваться в пространстве огромным числом способов. Об этом явлении говорят, как о наличии большого числа устойчивых распределений намагниченности, которые могут к тому же легко преобразовываться друг в друга. Поэтому свойствами протяженного ферромагнетика трудно управлять, так как сложно фиксировать магнитное состояние такого тела.

Ясно, однако, что число магнитных степеней свободы резко уменьшается с уменьшением объема тела. Действительно, квантово-механическое обменное взаимодействие разрешает лишь достаточно плавные изменения вектора M® в пространстве, на характерных длинах, превышающих так называемую обменную длину Lex. В хороших ферромагнетиках, таких как железо, кобальт, никель и их сплавы, обменная длина составляет по порядку величины 20-30 нанометров. Если характерный размер наночастицы D меньше или порядка обменной длины, D Dc, то в такой частице могут развиваться неоднородные распределения намагниченности, как правило, вихревого типа.

Рис. 1. Состояние однородного намагничивания в сферической наночастице кобальта диаметром D = 36 нм (слева) и неоднородное вихревое состояние в такой же наночастице диаметром D = 56 нм (справа), полученные с помощью трехмерного компьютерного моделирования.

Рис. 2. Схематическая энергетическая диаграмма устойчивых магнитных состояний наночастицы в зависимости от ее радиуса.

Как видно из Рис. 2, полная удельная энергия однородно намагниченного состояния частицы (черная линия) не зависит от радиуса частицы, в то время как полная энергия вихревого состояния (красная кривая) быстро уменьшается с увеличением ее радиуса. Точка пересечения указанных кривых определяет радиус однодоменности частицы ac = Dc/2. Если радиус частицы r ac, то нижайшим по энергии будет вихревое состояние. При этом однородное состояние может существовать как метастабильное в интервале радиусов ac (50 – 70)kBT, [7] где T – температура окружающей среды, kB – постоянная Больцмана. С уменьшением диаметра частицы энергетический барьер быстро падает, но большое значение константы магнитной анизотропии частицы позволяет сохранять указанное неравенство и для частиц нанометровых размеров. К большому сожалению, выращенные методом самосборки частицы FePt [6] находятся в раз -ориентированном магнитном состоянии, когда атомы железа и платины занимают произвольные позиции в кристаллической решетке. А в этом случае, константа магнитной анизотропии вещества оказывается малой, на несколько порядков меньше указанного паспортного значения. Несмотря на значительные усилия по переводу частиц FePt в упорядоченное магнитное состояние с помощью отжига и других методов, эта принципиальная проблема до сих пор не решена. Вообще, проблема влияния на магнитное состояние малых частиц температурных флуктуаций их магнитных моментов известна как суперпарамагнитный предел [7], и все еще ждет своего разрешения.

Итак, температурные флуктуации магнитных моментов частиц приводят к значительным трудностям при создании магнитных носителей сверхплотной записи информации. В то же время, они оказываются весьма полезными для развития одного из интересных биомедицинских приложений магнитных наночастиц, а именно, метода магнитной гипертермии, предназначенного для лечения опасных онкологических заболеваний. Экспериментально доказано, [8] что поддержание температуры пораженного органа около 42°C в течении 20 – 30 мин. приводит к некрозу раковых клеток, более подверженных влиянию повышенной температуры, чем нормальные ткани. Многие ферромагнитные материалы способны поглощать энергию внешнего переменного магнитного поля и тем самым нагревать окружающие ткани. Однако, магнитные наночастицы имеют существенные преимущества для магнитной гипертермии, поскольку: а) ансамбли суперпарамагнитных наночастиц способны обеспечить чрезвычайно большие значения удельного поглощения энергии, порядка 1 кВт на грамм вещества; б) в силу малых размеров, наночастицы могут глубоко проникать в биологические материалы; в) наночастицы железных окислов нетоксичны, либо слабо токсичны, для живого организма, г) они обладают короткими сроками выведения из организма.

Как мы видели выше, магнитная наночастица является очень сильным природным магнитом, так как характерное поле перемагничивания даже магнито- мягкой частицы окисла железа при комнатной температуре достаточно велико, Hc(0)

Но явление суперпарамагнетизма имеет и положительную сторону. Тепловые флуктуации, раскачивая магнитный момент частиц в потенциальной яме, эффективно понижают энергетический барьер и существенно уменьшают величину поля перемагничивания частицы. Поэтому ансамбль суперпарамагнитных частиц способен перемагничиваться во внешнем переменном магнитном поле умеренной амплитуды, H0

100 – 200 Э, что чрезвычайно важно для магнитной гипертермии, поскольку это упрощает условия создания переменного магнитного поля и удешевляет стоимость необходимого оборудования.

Как известно из термодинамики [1,2], интенсивность поглощения энергии переменного магнитного поля пропорциональна площади петли гистерезиса ансамбля магнитных наночастиц. В нашей группе были проведены теоретические расчеты низкочастотных петель гистерезиса разреженных ансамблей магнитных наночастиц различных типов [10,11], а также соответствующие экспериментальные измерения, выполненные по оригинальной методике [12, 13]. Теоретические расчеты показали существенную зависимость петель гистерезиса от частоты переменного магнитного поля как это показано на Рис. 4.

Рис. 4. Магнитные наночастицы способны эффективно дистанционно поглощать энергию переменного внешнего магнитного поля, и тем самым нагревать окружающую среду. Однако эта способность существенно зависит от частоты воздействия, и ряда других физических параметров.

Теоретический анализ показывает [10] (см. Рис. 5), что петли гистерезиса суперпарамагнитного ансамбля весьма резко зависят также от среднего диаметра частиц, если частицы неподвижно зафиксированы в окружающей немагнитной среде. Этот важный факт нашел подтверждение в ряде недавних экспериментов, хотя одновременно была продемонстрирована существенная зависимость удельного поглощения энергии от ряда других факторов, таких как влияние магнито- дипольного взаимодействия в плотных ансамблях магнитных наночастиц [12, 13].

Рис. 5. Теоретический расчет [] удельного поглощения энергии переменного магнитного поля разреженными ансамблями наночастиц кобальта (f = 500 кГц, H = 200 Э) и магнетита (f = 400 кГц, H = 120 Э) в зависимости от диаметра частиц.

Магнитная гипертермия, будучи локальным и дистанционным воздействием, по-видимому, не имеет столь серьезных побочных эффектов, как химио- или радиотерапия [8]. Представляется, что успешное развитие магнитной гипертермии будет зависеть от успешного решения нескольких проблем. Прежде всего, необходимо улучшить методики приготовления ансамблей наночастиц с достаточно большим удельным поглощением энергии в переменном магнитном поле умеренной амплитуды. Это позволит снизить дозу наночастиц, достаточную для достижения положительного лечебного эффекта. В идеале, было бы желательно научиться локально прогревать малые объемы тканей, чтобы подавлять на раннем этапе мелкие, весьма опасные новообразования. Далее, необходимо обеспечить создание переменного магнитного поля достаточной амплитуды, с необходимым пространственным распределением в заданной области тела, при разумных затратах на энергетику, гарантированной безопасности от поражения током, умеренной стоимости. Наконец, необходимо научиться контролировать само воздействие, подбирая амплитуду и частоту магнитного поля, магнитные и геометрические параметры наночастиц, время и периодичность воздействия, с учетом электродинамических и тепловых параметров среды. Весьма желательно также контролировать пространственное и временное распределение температуры в области воздействия. В настоящее время эти проблемы находятся в центре внимания исследователей различного профиля.

Команда исследователей Сибирского федерального университета, Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН и Сибирского университета науки и технологий изучила магнитный гистерезис в наногранулированных композитах.

Результаты проведенного микромагнитного моделирования, которые можно применить в электротехнике и при создании новых функциональных элементов для информационных технологий, опубликованы в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Исследования поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований и Красноярским краевым фондом поддержки научной и научно-технической деятельности.

Магнитные материалы на основе наночастиц (магнитные коллоиды, наногранулированные материалы) используются в биомедицине, экологии, катализе и наноэлектронике. Сферу применения материала определяет петля магнитного гистерезиса, которая отражает особое свойство некоторых физических систем.

Такие системы не сразу реагируют на приложенные силы — на их ответ влияют силы, приложенные ранее, то есть эти системы зависят от собственной истории. Гистерезис индивидуальной магнитной наночастицы к настоящему моменту хорошо изучен.

Для больших массивов частиц принимаются во внимание эффекты межчастичных взаимодействий.

Одно из основных — магнитное диполь-дипольное взаимодействие. С увеличением расстояния между частицами оно убывает достаточно медленно, поэтому магнитный гистерезис будет зависеть от объемной доли частиц.

Детальный микромагнитный расчет этой зависимости выполнили для наночастиц, хаотически распределенных на плоскости, при этом средняя плотность частиц различалась.

Петля гистерезиса — зависимость намагниченности образца от напряженности приложенного поля / Источник: Оксана Ли, доцент кафедры физики Сибирского федерального университета

Также была учтена случайная ориентация осей легкого намагничивания частиц (это направление в ферро- или ферримагнетике, вдоль которого намагничивание образца до предельных значений происходит легче всего).

Это соответствует условиям стандартных магнитометрических исследований порошков и некоторых приложений (частиц, распределенных в немагнитных матрицах).

Оказалось, диполь-дипольное взаимодействие изменяет зависимость коэрцитивной силы (напряженности магнитного поля, необходимой для полного размагничивания образца) от объемной концентрации частиц — от нелинейной монотонной до зависимости с максимумом.

Это изменение определяется соотношением энергии магнитной анизотропии индивидуальной частицы (зависимости ее магнитных свойств от выбранного направления в образце) и удельной дипольной энергии.

«Рассмотренная модель хорошо описывает наногранулированные пленки, имеющие перспективы применения в магнитных датчиках, магнитных экранах и элементах магнитооптической памяти.

Важно, что магнитные свойства пленок зависят от соотношения магнитной и немагнитной фазы.

Гранулированные пленки с нанометровыми магнитными гранулами относятся к функциональным материалам.

Их используют в радиоэлектронике, высокочастотных устройствах микроэлектроники, вычислительной технике, при создании беспроводных сетей, где они увеличивают скорость передачи данных.

Свойства гранулированных сред зависят от доли магнитных гранул: они обладают большой намагниченностью насыщения, высоким электрическим сопротивлением и исключительно широким диапазоном магнитной проницаемости.

Поговорили с исследовательницей о том, почему не стоит готовить еду в фольге и мыть сковороду железной губкой и чем могут быть опасны наночастицы.

Что такое наночастицы и зачем их исследуют

— Наночастицы — это объекты [размером] от нуля до ста нанометров. Если примерить их к обычной жизни, то представьте себе пирог метр на метр, разделите его на миллион частей и получите микрон. Вот этот микрон надо поделить еще на тысячу частей, и тогда у вас будет наночастица.

Я получаю наночастицы методом лазерной абляции в воде. Берется металлическая мишень, по ней ударяется лазерный импульс с определенной частотой и силой, и с поверхности металла он выбивает наночастицы. Потом эти частицы оказываются в воде, и мы таким образом получаем коллоидный раствор с наночастицами.

Сейчас есть два направления изучения наночастиц в нашей лаборатории. Во-первых, мы проверяем, насколько быстро они собираются в большие размеры и как у них происходит процесс кристаллизации и роста. Во-вторых, исследуем токсичность.

Растворы с наночастицами вкалывают в брюшную полость мышей, других мышей заставляют дышать растворами с наночастицами, но есть еще и третья и четвертая группы. Мыши из третьей дышат в тех же условиях, но обычным воздухом, а четвертой вводят простую воду. После смерти животных мы проверяем, куда наночастицы проникли и насколько вредят здоровью. Смотрим на разрезы органов сравниваем, куда успели добраться наночастицы — есть ли они в мозге, печени и других органах.

Нам важно изучить, насколько наночастицы влияют на организм, и разработать питание или какие-то способы защиты от них на производстве.

Почему не стоит готовить пищу в фольге

— С наночастицами можно встретиться даже на кухне. Алюминиевая фольга при воздействии температуры более 70 градусов начинает выпускать наночастицы алюминия в воду, которая ее окружает.

Мы с моими коллегами по лаборатории склоняемся к тому, что наночастицы все-таки токсичны, хотя не до конца изучили этот вопрос, поэтому есть еду, которая приготовлена в фольге, не стоит. Лучше готовить, например, в бумаге для запекания.

При этом не нужно параноидально бояться наночастиц. Есть более вредные факторы, которые окружают нас по жизни, и фольга — не самый опасный среди них. Например, в парах автомобилей в наноразмере есть взвесь, и мы ее вдыхаем. Там концентрация [вредных веществ] очень большая. А когда вы запекаете что-то в фольге, концентрация минимальная.

Чем опасна Е171, которую добавляют в сыр и жвачку

— Наночастицы встречаются в пищевой добавке Е171 — это диоксид титана, его наночастицы очень вредны для организма. Добавку часто добавляют в сыры, мороженое, жвачку и сухое молоко, чтобы придать им белый цвет.

По всему миру E171 собираются запретить. В ней содержатся наночастицы диоксида титана, они очень токсичные и вредные. Во Франции эту добавку уже запретили.

Наночастицы в Е171 опасны для организма, они откладываются во внутренних органах. Томские ученые из НИИ биологии и биофизики провели исследование на мышах и заметили попадание диоксида титана в мозг. Второе, что они заметили, — плацентарный барьер матери и плода тоже разрушается из-за наночастиц. Они наносят вред будущему ребенку и накапливаются в слизистой кишечника, вызывая воспаления и создавая предраковые клетки. Если наночастицы диоксида титана будут в большом количестве накапливаться во внутренних органах, они могут вызвать рак или сердечно-сосудистые заболевания.

Какие болезни могут вызывать наночастицы песка

Песок в наноразмерном виде опасен. Если вы будете играть в песочнице, отравления у вас не будет, но на производстве оно возможно. Там песок ссыпают, стоит взвесь, которая может быть в наноразмерном или не в наноразмерном состоянии, и человек, работающий на производстве, это вдыхает. Какая-то часть, несмотря на маску, попадает к нему в дыхательную систему. Из-за этого могут возникать разные легочные болезни.

В парах бензина тоже есть наночастицы. Когда происходит сжигание топлива, выбрасывается газ, который приводит в действие поршни машины, а пока он идет по выхлопной трубе, то зацепляет частицы металла. Исследования о том, насколько опасны наночастицы в выхлопном газе, проводились в Сингапуре и в Лондоне. При этом вред наночастиц в данном случае небольшой по сравнению с другими факторами влияния — например, ядовитыми газами.

Чем может быть опасна сковорода и почему не стоит мыть ее твердой губкой

— Вообще, сковородки проходят по определенной аккредитации, следовательно, большинство из них безопасны, кроме старых чугунных, потому что они ничем не покрыты.

Чугунная сковородка будет нормальной в том случае, когда у нее есть оксидный слой. Если вы взяли сковородку, приготовили на ней что-то и остались жирные следы, а потом попытались очистить ее металлической губкой, вы этой самой губкой сняли верхний оксидный слой и когда вы потом будете на ней готовить, у вас будут вылетать наночастицы. Но можно оставить ее где-то на час после мытья, пусть окислится, а потом уже на ней готовить.

Что касается тефлоновой сковородки: если вы соскребаете с нее защитный слой, под ним остается обычное железо или алюминий. После этого становится не особо безопасно ею пользоваться, потому что наночастицы так или иначе будут лететь.

Как с помощью наночастиц серебра хотят лечить рак

— Многие ученые считают, что с помощью наночастиц серебра можно будет вылечить рак. Они очень токсичные. Человеку вводится в кровеносную систему таблетка с наночастицами серебра, которая снаружи покрыта магнитными наночастицами. С помощью другого магнита таблетку доводят до опухоли, потом капсула открывается, и наночастицы серебра начинают активно взаимодействовать с раком и убивать его.

Влияние наночастиц серебра на рак изучали и в России, и за рубежом. Однако пока прошло слишком мало времени, испытания на людях проводить нельзя. На мышах и на организмах, которые по системе похожи на человека, эти технологии тестируют около 3–5 лет, но это слишком маленький срок, чтобы что-то понять. Сколько времени потребуется на исследования — неизвестно. Кроме того, не только исследователи здесь играют важную роль, но и государство. На все тесты на человеке нужно получить разрешение.

специалисты по поверхностному плазмонному резонансу. Наша цель — помочь
вам добиваться абсолютных, высококачественных результатов, будь то
исследования в области медико-биологических наук, биосенсоров или материаловедения. Здесь вы найдете краткое описание технологии MP-SPR, областей ее применения и информацию по нашей продукции на русском языке. Подробные описания можно найти на нашем англоязычном сайте.

Многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс (MP-SPR) — это оперативная методика для изучения поверхностей без применения красителей, которая позволяет измерять межмолекулярные взаимодействия, а также изучать структурные изменения и свойства слоев как в сухом, так и во влажном состоянии.

MP-SPR применяется в трех основных областях:

Разработка лекарственных средств (создание формулы лекарственного средства, скорость высвобождения лекарственного средства, взаимодействие действующих веществ с клетками, направленность воздействия наночастиц, изучение механизмов проникновения)

Биофизика (липидные взаимодействия)

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ: что дает MP-SPR?

Непревзойденный диапазон: оптимизация направления воздействия действующих веществ как для молекул с малой молекулярной массой так и для крупных объектов - наночастиц и вирусов.
Не ограничивайтесь аффинностью: определение аффинности комплекса, а также кинетики связывания молекул дает инструмент для оптимизации формулы лекарственного средства.
Глубокое понимание: Вы будете лучше понимать механизм действия своих молекул, получив с помощью MP‑SPR информация по кинетике и динамике изменения конформации комплекса.
PureKinetics™: измерение влияния растворителя в режиме реального времени, гарантирующее получение высокоточных показателей, как для малых молекул, так и для липидов или биоматериалов.
Измерения от первого этапа скрининга молекул до механизмов проникновения лекарства: количественный анализ взаимодействий действующего средства с материалами, мишенью, липидными мембранами и даже с живой клеткой. Доказательство проникновения в клетку без меток!
Оптимизация формулы лекарственного средства: определение кинетики высвобождения лекарственного средства из пленки.
Без масел, без дорогостоящих призменных сенсоров: в приборах MP-SPR Navi™ используется эластомер с согласованным показателем преломления. Как результат, процесс смены сенсоров очень прост и сенсоры можно использовать для других методов анализа, например, микроскопии.

Компания BioNavis Ltd впервые вывела на рынок:

Единственный прибор, основанный на SPR, дающий абсолютные измерения кинетики взаимодействий, а также структурных изменений слоев.
Первый прибор на базе SPR, распознающий транс- и параселлюлярнный транспорт действующего вещества/наночастиц в клеточный монослой в режиме реального времени и без меток!
Первый прибор SPR с измерением влияния растворителя в режиме реального времени (PureKinetics™).

Примеры применений в области медико-биологических наук (на английском языке): указания по применению, публикации

Разработка анализов (в области сельского хозяйства, безопасности пищевых продуктов и кормов, чистоты окружающей среды, клинические исследования, пограничный и технологический контроль)

Разработка биосенсоров для практического применения (электрохимические исследования, SERS, ИФА, флуоресцентные, биосенсоры на основе печатных электродов, наночастицы)

БИОСЕНСОРЫ: что дает MP-SPR?

Не нужен дорогостоящий перенос материала для анализов: разрабатывайте собственный сенсор сразу на сенсорной поверхности: металлы для электрохимических исследований и SPR, пластик для ИФА, целлюлоза для печати биосенсоров, металлические наночастицы для SERS, стекло для классической химии, магнитные наночастицы, бактерии, живые клетки и многое другое.
Любой принцип анализа: можно использовать прямое связывание, конкурентное связывание, антитела, фрагменты, ДНК, молекулярно фиксированные полимеры, аптамеры, наночастицы, клетки.
Любой образец: можно работать как с газами, так и с жидкостями, с очищенными или неочищенными образцами, с образцами начиная с малых органических молекул и кончая металлическими наночастицами.
Простота валидации: MP-SPR in-situ с электрохимическими, флуоресцентными или другими методами оптической детекции. Ex-situ: микроскопия.
Больше чем просто анализ: можно оптимизировать также взаимодействие образца с материалом одноразового картриджа, обеспечив связывание только в областидетекции, а не в микрофлюидных каналах.
Глубокое понимание: это не просто измерения, а глубокое понимание кинетики конкретного анализа и структурных изменений.

Компания BioNavis Ltd первой вывела на рынок:

Единственный коммерческий SPR-прибор, проводящий абсолютные измерения.
Самый широкий ассортимент материалов субстратов для сенсоров на рынке.
Первый прибор SPR с измерением влияния растворителя в режиме реального времени (PureKinetics™).
Первый SPR-прибор для одновременного определения толщины и показателя преломления (LayerSolver™).

Примеры в области биосенсоров (на английском языке): указания по применению, публикации

Новые материалы и покрытия (антимикробные, антиотражающие поверхности, фильтрующие мембраны, контактные линзы, имплантаты, графен, углеродные нанотрубки, экологически безопасные материалы, плазмонные материалы и т. д.)

Оптимизация процесса производства тонких пленок (технологии производства дисплеев, фотоэлементы, аккумуляторы и т. д.)

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ: что дает MP-SPR?

Свобода выбора материалов: определение характеристик нанослоев металлов, керамики, полимеров, органических материалов и даже наноцеллюлозы или графена.
Нанослои толщиной от ангстремов до микрометров: измерение и определение количественных характеристик материалов — от единичного слоя до множественных слоев толщиной в несколько микрон.
Наночастицы: оптимизация наночастиц и кинетики их адсорбции.
LayerSolver™: одновременное количественное определение обоих ключевых параметров — толщины и показателя преломления образца.
Отделите лучшее от хорошего: самые чувствительные измерения кинетики поверхностей — определение кинетики адсорбции, разбухания, высвобождения в режиме реального времени.
Одна и та же конфигурация как для сухого, так и для влажного состояния.
Простота валидации: MP-SPR in-situ с электрохимией, флуоресценцией или прочим. Ex-situ: благодаря отсутствию масла, измерения на одном и том же образце можно выполнять с помощью АСМ или иных методик. In-silico: результаты можно также подтверждать аналитически.
Модификация датчиков In-situ и Ex-situ: предлагаемый нами широкий ассортимент подложек можно модифицировать практически любым методом осаждения тонких пленок, включая самосборку, методы Лэнгмюра — Блоджетта, химического парофазного осаждения, испарения, осаждения атомных слоев, молекулярного импринтинга, нанесения покрытия методом центрифугирования, методом погружения и другими методами.

Компания BioNavis Ltd первой представляет:

Первый коммерческий SPR-прибор для материаловедения.
Самый чувствительный прибор для изучения биохимических свойств функциональных покрытий.
Единственный прибор, измеряющий толщину чередующихся нанослоев от 5 ангстрем, оптическую плотность и барьерные качества.
Первый SPR-прибор для одновременного определения толщины и показателя преломления (LayerSolver™).

Примеры в области наук о материалах (на английском языке): указания по применению, публикации

Описание многопараметрического поверхностного плазмонного резонанса (MP‑SPR)

Изначально приборы поверхностного плазмонного резонанса (традиционного SPR) разрабатывались только для изучения межмолекулярных взаимодействий. Уже более 20 лет эта технология применяется в биофармацевтических разработках на золотых и декстрановых поверхностях. Мы раздвинули границы технологии, и теперь измерения можно проводить на большом круге поверхностей, включая полимеры, графен, наночастицы и живые клетки.

измерения межмолекулярных взаимодействий с помощью PureKinetics™
измерения свойств слоев с помощью LayerSolver™

Кроме традиционных подложек из золота, декстрана и других тонких полимеров MP-SPR позволяет использовать подложки из целлюлозы, ПС, ПЭТ, ПММА, SiO2, TiO2, Al2O3, ITO, графена, CNT, Pt, Pd и других материалов.

Если с помощью традиционного SPR измеряют слои толщиной не более 150 нм, с помощью MP-SPR можно измерять слои толщиной в микроны, что также позволяет работать на монослоях живых клеток.

Теория MP-SPR

Падающий пучок p-поляризованного света падает на электропроводящий слой золота на границе между стеклянным датчиком с высоким показателем преломления (RI) и внешней средой/образцом с низким RI. При определенном угле падения на поверхности возникает плазменная волна, снижающая интенсивность отраженного света, который наблюдается как провал на кривой SPR.

С помощью традиционного SPR (такого как BIA анализ сфокусированным ионным пучком, SPREETA, построение изображений SPR) измеряют только минимум пика на одной длине волны, что ограничивает функциональность и применимость метода. С помощью MP-SPR можно построить всю кривую SPR, причем на нескольких длинах волн, получив высококачественные данные о поверхностных взаимодействиях, а также о свойствах слоев; этот метод позволяет применять программные пакеты PureKinetics™ и LayerSolver™.

Сравнение MP-SPR с другими методиками? См. наш обзор технологий (только на английском языке): Traditional SPR, ellipsometry, QCM

Дополнительные материалы о теории SPR (только на английском языке)

Описание MP-SPR Navi™

Первый прибор был установлен в 2008 г. и он до сих пор активно используется. Впервые технология MP-SPR была представлена в 2011 г., и это был потрясающий рывок в возможностях приборов по сравнению с традиционным SPR. Наши приборы используются как в академических целях, так и в промышленности более чем в 25 странах, включая США, Японию, Китай, Финляндию, а также Турцию и Аргентину. Последнее поколение было выпущено в 2025 г. Это четыре основных прибора в семействе MP-SPR Navi™:

Ранее в ассортимент входили еще SPR Navi™ 200, 210A и 220A, а также KSV SPR 200.
Все приборы разработаны и произведены в Финляндии.

Технические характеристики наших приборов (только на английском языке).

Как работают наши приборы? См. наши видео (только на английском языке).

О компании BioNavis Ltd

Мы единственный производитель приборов на основе MP-SPR, позволяющих изучать как поверхностные взаимодействия, так и определять характеристики нанослоев. Мы верим в:

Глубокое понимание, а не просто измерения, и именно поэтому абсолютные результаты, полученные с помощью MP-SPR, можно также проанализировать.
Универсальность, а не узкую направленность приборов, и именно поэтому вы сможете использовать наши приборы также для будущих проектов и проектов в соседних лабораториях.
Сотрудничество для развития науки и переноса результатов исследований в промышленность

Компания BioNavis Ltd — это частная компания, расположенная в Тампере, Финляндия.

Подробней

узнать больше о наших приборах? посетить вебинар? запросить цену? выполнить измерения в нашей исследовательской лаборатории?

Свяжитесь с нашим региональным дистрибьютором или непосредственно с сотрудниками нашей компании.

Читайте также: