Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1) Были синтезированы золотые наночастицы имеющие идеально сферическую форму и очень узкое распределение по размерам. Разработанный протокол синтеза позволяет получать высококачественные образцы с размерами в диапазоне 10-150 нм. Сравнение оптических свойств сферических и квазисферических (полученных по методу Френса) частиц показало существенные преимущества использования первых для фундаментальных исследований и метрологии, основанные на точном согласии экспериментальных данных с данными теоретического моделирования оптических и геометрических свойств. 2) Были синтезированы композитные золотые наностержни с серебряной оболочкой и инкорпорированными между металлическими слоями тиолироваными ароматическими молекулами девяти различных видов. Исследованы эффекты гигантского комбинационного рассеяния при адсорбции репортерных молекул на поверхность золотых наностержней до и после покрытия частиц серебряной оболочкой. Покрытие золотых наностержней с адсорбированными тиолироваными молекулами серебряной оболочкой приводит к увеличению фактора усиления комбинационного рассеяния на два порядка. В результате ГКР метки на основе композитных золотосеребряных наностержней с инкорпорированными репортерами имеют интенсивность гигантского комбинационного рассеяния существенно превосходящую таковую для поверхностно функционализованых наночастиц. 3) Разработаны новые типы сверхярких меток для гигантского комбинационного рассеяния на основе золотых наностержней с адсорбированными на концах репортерными молекулами и покрытых неоднородной серебряной оболочкой. Полученные частицы показывают существенно более высокие значения интенсивности гигантского комбинационного рассеяния при нерезонансном облучении по сравнению с известными ранее аналогами. Продемонстрирована возможность детектирования единичной метки такой морфологии с использованием микроскопа комбинационного рассеяния, а также возможность использования таких частиц для клеточного биоимиджинга. 4) Разработан новый вариант метода иммунохроматографического анализа с ГКР-детекцией. В качестве меток использованы многослойные золотые наностержни с молекулами-репортерами, помещенными в 1-нм зазор внутри частицы. Детекция аналита осуществляется путем картирования сигнала гигантского комбинационного рассеяния в тест-полосе иммунохроматографической мембраны. Показана возможность количественного определения кардиомаркера тропонина I с пределом детекции 0.1 нг/мл, что в 30 раз превосходит традиционный вариант иммунохроматографической детекции.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Исследована зависимость интенсивности гигантского комбинационного рассеяния света наночастицами с инкорпорированными репортерами от толщины и морфологии вторичной золотой оболочки. Разработан метод контролируемого травления золотой оболочки, который позволяет уменьшить размер частиц, сгладить неровности оболочки и повысить коллоидную стабильность без существенной потери сигнала от молекул внутри частицы. С использованием модели свиной кожи продемонстрирована возможность использования наночастицами с инкорпорированными репортерами в качестве меток для биоимиджинга in vivo c глубиной детекции сигнала не менее 3 мм. Сильное электромагнитное усиление позволяет регистрировать рамановский спектр от отдельной частицы. Получены наночастицы с инкорпорированными репортерами вида наноядро/рамановский репортер/ нанооболочка. В качестве ядер использованы золотые наносферы, нанополигоны и наностержни, в качестве репортера – 1,4-benzenedithiol (BDT). Проведено исследование влияния формы ядра на сигнал ГКР от таких частиц. Показано, что наностержни с поверхностно связанными репортерными молекулами имеют самые высокие значения сигнала и фактора усиления среди исследованных частиц. Полученные на их основе анизотропные «наноматрешки» типа ядро/репортеры/оболочка также имеют самые высокие значения комбинационного рассеяния среди всей исследуемой группы наночастиц с инкорпорированными репортерами. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование изменения оптических свойств золотых наносфер и наностержней при покрытии оболочкой из полидофамина. Обнаружено нетривиальное изменение продольного плазмонного резонанса наностержней, которое заключается в уменьшении коэффициента экстинкции частиц при покрытии поглощающей оболочкой из полидофамина Продемонстрирована возможность использования золотых наночастиц для доставки антигена трансмиссивного вируса гастроэнтерита свиней. Показана активизация клеточного иммунитета животных при внутримышечном введении конъюгата антигена с золотыми наночастицами Синтезированы композитные наночастицы, состоящие из золотых наностержней, покрытых оболочкой из полидофамина и функционализованые фолиевой кистолой и флуоресцентным красителем родамином 123. Продемонстрирована возможность селективного флуоресцентного имиджинга и фототермического подавления клеток HeLa c использованием полученных нанокомпозитов Проведено исследование корреляции между яркостью тестовой зоны в методе иммунохроматографии, количеством и размером золотых наночастиц, адсорбированных в данной области. Минимальная обнаруженная интенсивность пятна была пропорциональна поверхностной плотности и объему частиц. Полученная зависимость от размера означает, что поглощение, а не рассеяние, является основным физическим механизмом, определяющим яркость полосы в методе иммунохроматографии. В терминах поверхностной плотности частиц, предел обнаружения окраски тестовой зоны ИХА обратно пропорционален третьей степени размера частиц и составляет около 7 × 10**7 и 1.5 × 10**5 частиц /кв.мм для 16- и 115-нм золотых наносфер, соответственно. На основании данного анализа предложены возможные пути улучшения чувствительности ИХА за счет выбора оптимальных параметров анализа.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1) Метод контролируемого травления был использован для синтеза набора коллоидов наностержней Au (AuNR) с одинаковыми числовыми концентрациями, одинаковой толщиной и морфологий формы частиц, в то время как плазмонный резонанс постепенно уменьшался с 920 до 650 нм за счет контролируемого уменьшения длины и точно настроенного соотношения сторон. AuNR были функционализированы 4-нитробензолтиолом, а спектры ГКР (SERS) коллоидов были измерены при лазерном возбуждении с длиной волны 785 нм. Обнаружена слабая корреляция между положением пика плазмона и откликом SERS. В частности, соотношение интенсивностей SERS для резонансных и резонансных возбуждений было ниже 2. Это наблюдение противоречит хорошо известному закону четырех степеней для электромагнитного (EM) вклада в сигнал SERS. В частности, наши FDTD и электростатическое моделирование предсказывают изменения почти на два порядка для среднего поверхностного коэффициента усиления, когда резонансная длина волны изменяется в пределах экспериментального диапазона. В отличие от слабой плазмонной зависимости сигналов SERS от AuNR фиксированной морфологии формы и различного аспектного отношения, изменение морфологии формы приводит к сильным вариациям в ответе SERS. В частности, когда исходные AuNR в дальнейшем перерастали в гантельную морфологию, их интенсивность SERS увеличивалась в пять раз. Таким образом, рациональный дизайн морфологии формы наночастиц является более важным фактором для достижения максимального отклика SERS по сравнению с настройкой плазмонного пика для резонансного возбуждения. 2) На основе точного моделирования усиления электромагнитного поля вблизи поверхности частицы мы получили аналитическое решение для фактора усиления SERS, усредненное по поверхности для случайно ориентированных вытянутых сфероидальных частиц. Мы продемонстрировали отличное согласие разработанного подхода с вычислениями методом Т-матриц для сечений поля в дальней зоне. Расчеты для факторов усиления SERS для золотых наностержней и сфероидов показывают, что сфероидальная модель дает завышенные значения SERS EF из-за более высокой кривизны концов частиц. 3) Разработана улучшенная стратегия для синтеза SERS меток с усилением поля в зазоре, содержащих как внутренний нанозазор между ядром и оболочкой, так и множество внешних нанозазоров в оболочке. Варьируя только один параметр - концентрацию добавленных молекул NBT, можно изменить структуру полученных частиц. Путем тестирования отклика SERS от коллоида мы нашли оптимальную структуру p-GERT и поняли, что сигнал комбинационного рассеяния связан в основном с внешними нанозазорами. Используя оригинальную методику ко-локализованной сканирующей электронной и рамановской микроскопии на маркированном кремниевом субстрате, мы получили возможность детектировать сигнал от отдельной частицы. Мы продемонстрировали, что сверхвысокий отклик SERS от p-GERT позволяет использовать их в качестве SERS меток для высокоскоростной визуализации клеток с временем визуализации нескольких клеток всего за 1 минуту. 4) Впервые предложена двухкомпонентная оптическая диэлектрическая функция для моделирования оптических свойств золотых нанозвезд. Эта модель учитывает размерные эффекты в тонких шипах нанозвезд. Рассмотрено влияние поглощения среды, поляризации света, ориентации частиц и размерных эффектов на оптические свойства частиц различных морфологий, начиная от конуса икончая многолучевыми нанозвездами. Впервые предложена структурная модель для объяснения наличия двух интенсивных плазмонных пиков в области VIS-NIR (700-1100 nm) и SWIR (1600-2000 nm|), зарегистрированных для водных коллоидов и бислоев на стекле в воздухе.