Apie cheminį elementą silicį esame girdėję daugelis. Tai yra antrasis (po deguonies) pagal paplitimą elementas mūsų planetoje, sudarantis apie 28 proc. Žemės plutos masės. Silicis yra tvirtas, blizgus, melsvai pilkas, gamtoje aptinkamas kvarco (smėlio) ar silikatų mineralų pavidalu.

 

Dėl unikalių silicio savybių, tinkamų elektronikai, dabartinis žmonijos laikotarpis vadinamas silicio amžiumi; ne veltui taip pavadintas ir garsusis Silicio slėnis JAV, kuriame įsikūrusios technologijų įmonės.

 

Juodasis silicis atrastas atsitiktinai ir buvo laikomas nepageidaujamu silicio pramonės šalutiniu produktu. Iš tikrųjų tai yra „normalus“ silicis, tačiau jo paviršius gerokai pakitęs, sudarytas iš piramidžių, adatėlių, kūgių, skylučių, stulpelių, skolonų ir t. t. Toks paviršius pasižymi didele šviesos sugertimi nuo ultravioletinių (UV) iki artimų infraraudoniesiems (NIR) spindulių, suteikdamas juodajam siliciui matinę juodą spalvą. Tačiau būtent dėl šių savybių derinio (pakeisto paviršiaus ir didelės šviesos sugerties) juodasis silicis yra labai perspektyvus padidinto jautrumo jutiklių srityje. Šios medžiagos galimybės dar nėra iki galo ištirtos, todėl ji sulaukia vis didesnio susidomėjimo.

 

Konkrečiai, Leną domina optiniai biojutikliai, kurie leidžia surinkti duomenis šviesos pagalba per atstumą (taigi, šis metodas yra mažiausiai invazinis). Tikimasi, kad tokie jutikliai bus naudingi medicinoje ir sveikatos priežiūroje.

 

 

Mokslininkės disertacijos tikslas buvo sukurti nebrangų, patikimą, saugų ir kitaip kokybišką juodojo silicio substratą (pagrindą), tinkamą SERS jutikliams. SERS – tai paviršiaus sustiprintos Ramano sklaidos spektroskopija, labai jautrus vibracinės spektroskopijos metodas, leidžiantis labai tiksliai ir specifiškai gauti informaciją apie medžiagą.

 

Taigi, tokie jutikliai turėtų aptikti biomolekulių pėdsakus, atpažinti specifinius nanomedžiagų pokyčius ir būti tinkami gyvoms ląstelėms tirti. Savo disertacijoje Lena, pritaikiusi jautrų juoduoju siliciu paremtą SERS substratą, sugebėjo išspręsti vieną iš aktualių teranostikos problemų.

 

Teranostika yra vienas perspektyviausių vėžio aptikimo ir gydymo būdų, sujungiantis diagnostiką ir terapiją viename konkrečiame nanoagente – mažyčiame zonde, kuris patenka į organizmą, atpažįsta vėžinį naviką ir jį sunaikina. Kad tai įvyktų, agentas turi būti aktyvuotas išoriškai (ultragarsu, švitinimu ir pan.). Galiausiai, sunaikinęs priešą, nanoagentas turi būti biologiškai suskaidytas ir saugiai pašalintas iš organizmo.

 

Iš juodojo silicio pagamintas SERS substratas padėjo atskleisti grafeno pagrindu pagamintų nanomedžiagų, naudojamų kaip priešvėžiniai teranostiniai nanoagentai, biologinio skaidymo mechanizmą gliomos (smegenų naviko) ląstelėse.

 

Tokia technologija skamba kaip iš mokslinės fantastikos srities – tačiau mokslas juda to link, ir L. Golubewa prie to taip pat prisideda.

 

 

 

„Viena iš mano disertacijos dalių – gliomos ląstelių fototermoakustinis trikdymas susikaupusiais vienasluoksniais anglies nanovamzdeliais (angl. Single-walled carbon nanotubes, SWCNTs). Idėja tokia: vėžio ląstelės savyje kaupia SWCNT, kurie sukimba į mikrometrų dydžio aglomeratus (sankaupas), o pikosekundinių lazerio impulsų sąveika su šiais aglomeratais sukelia akustinę bangą, kuri savo ruožtu sunaikina vėžio ląstelės membraną.

 

Mūsų atveju praktiškai nebūna perkaitimo efekto, kuris paprastai yra rimtas panašių metodų trūkumas, nes perkaitimas pažeidžia ne tik vėžines ląsteles, bet ir sveikus aplinkinius audinius. O mes šią kliūtį pašalinome dėka mūsų nanoagentų specifiškumo ir optinio aktyvavimo režimo. Tačiau vis dar išlieka problemų dėl organizme atsirandančių grafeno kilmės „dulkių“, kurios po gydymo išsiskiria iš vėžinių ląstelių. Ir štai, savo disertacijoje pademonstravau, kaip į tai reaguoja mūsų imuninė sistema, o juodojo silicio pagrindu sukurtas SERS substratas leidžia atverti kelią nanomedžiagų biologiniam suskaidymui“, - pasakoja L. Golubewa.

 

Pasak mokslininkės, vertingiausias disertacijos rezultatas yra tai, kad FTMC komandai pavyko atskleisti skirtingų formų juodojo silicio potencialą – ir todėl buvo pagaminti ekonomiški, patikimi, perdirbami, labai jautrūs ir kartu daugkartinio naudojimo SERS substratai, tinkami ir gyvų ląstelių tyrimams realiuoju laiku.

 

„Šiuo metu SERS rinkos plėtrą labai riboja tokių platformų brangumas, vienkartiškumas ir nestabilumas. O maisto ir vaistų sauga bei sveikatos priežiūra (kaip pamatėme per COVID-19 pandemiją) reikalauja daugybės paprastų, patikimų ir pigių sprendimų SERS biojutiklių pramonėje. Labai tikiuosi, kad mūsų tyrimai padėjo žengti dar vieną mažą žingsnelį šia kryptimi.“