Рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання
A review of scientific works has been carried out devoted to the synthesis, study of properties, and determination of directions for practical use of promising X-ray luminescent nanostructures and materials. Such objects can be used in various fields of medicine, biology, engineering, instrument mak...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/813 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Surface |
Institution
Surface| _version_ | 1869292035959160832 |
|---|---|
| author | Туранська, С. П. Щеглов, О. Д. Кусяк, А. П. Горбик, П. П. |
| author_facet | Туранська, С. П. Щеглов, О. Д. Кусяк, А. П. Горбик, П. П. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Туранська, С. П. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-02-12T08:53:33Z |
| description | A review of scientific works has been carried out devoted to the synthesis, study of properties, and determination of directions for practical use of promising X-ray luminescent nanostructures and materials. Such objects can be used in various fields of medicine, biology, engineering, instrument making, etc. Research priorities concern the development of minimally invasive treatment of tumor diseases using photodynamic therapy methods, the creation of a nanotechnological base for modern pharmacology – photopharmacology, the development of new effective means for medical radiography, computed imaging, sterilization and disinfection, information storage security, etc.In the field of antitumor medicine and photopharmacology, the problems are relevant of creation and use of biocompatible effective nanodispersed X-ray phosphors and aqueous colloidal solutions based on them. The literature data are given concerning X-ray luminescence of nanodispersed particles of LaF3:Ce,Tb and LaF3:Tb and their aqueous colloidal systems. Their X-ray luminescence spectra were mainly due to the activation of the nanostructures by Tb3+ ions. The relative luminescence intensity increases with increasing nanoparticle concentration. Enhancement of X-ray luminescence of aqueous suspension samples can be achieved by coating nanoparticles with an inorganic layer of LaF3 insulating from water or an organic layer of H2N–(CH2)10–COOH. It is most likely that such a coating reduces energy losses due to the interaction of particles with the solvent. The resulting LaF3:Tb3+ nanoparticles were characterized by sizes of approximately 25 nm, stability in an aqueous environment, and high biocompatibility.For the purpose of application in photodynamic therapy, a biocompatible composite was developed of β-NaGdF4:Tb3+ nanoparticles with the photosensitizer Bengal Rose (3′,4′,5′,6′-tetrachloro-2,4,5,7-tetraiodofluorescein). The in vivo efficiency of photodynamic therapy was about 90% in inhibiting the growth of HepG2 tumor inoculated subcutaneously into hairless mice after application of a dose of X-ray irradiation of 1.5 Gy. Serious dysfunction of the spleen, lungs, and kidneys of animals was also observed when X-ray exposure lasted more than 20 minutes.A new approach to the treatment of tumor diseases with a combination of radio- and photodynamic therapy is based on the assumption that supplementing traditional radiotherapy with photodynamic therapy one can allow treatment with lower doses of radiation. It is expected that the development of photodynamic therapy induced by low doses of X-ray radiation will contribute to significant steps forward, both in basic research and clinical application, for the treatment of deep-located tumors in the near future.Since the absorption coefficient of X-ray radiation increases significantly with increasing atomic number of a chemical element, functional components with high density are used or those containing heavy elements to create highly efficient X-ray phosphors. This principle is used in the development of X-ray phosphors of both inorganic and organic nature. It has been shown that when materials are excited by X-ray radiation, luminescence is observed, the efficiency of which for powders was much lower than for sintered ceramic samples. To achieve effective X-ray luminescence of structures based on organic molecules, chemical design is used during their synthesis with the replacement of certain atoms with atoms of heavy halogens. It has been shown that such organic scintillators can be used in non-destructive radiography at low levels of radiation exposure. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2025.17.383 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:57Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-813 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-29T01:16:44Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-8132026-02-12T08:53:33Z X-ray luminescent nanostructures and materials: synthesis, properties, directions of practical use Рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання Туранська, С. П. Щеглов, О. Д. Кусяк, А. П. Горбик, П. П. X-ray luminescence nanostructures nanochemical synthesis optimization medicine biology technique рентгенолюмінесценція наноструктури нанохімічний синтез оптимізація медицина біологія техніка A review of scientific works has been carried out devoted to the synthesis, study of properties, and determination of directions for practical use of promising X-ray luminescent nanostructures and materials. Such objects can be used in various fields of medicine, biology, engineering, instrument making, etc. Research priorities concern the development of minimally invasive treatment of tumor diseases using photodynamic therapy methods, the creation of a nanotechnological base for modern pharmacology – photopharmacology, the development of new effective means for medical radiography, computed imaging, sterilization and disinfection, information storage security, etc.In the field of antitumor medicine and photopharmacology, the problems are relevant of creation and use of biocompatible effective nanodispersed X-ray phosphors and aqueous colloidal solutions based on them. The literature data are given concerning X-ray luminescence of nanodispersed particles of LaF3:Ce,Tb and LaF3:Tb and their aqueous colloidal systems. Their X-ray luminescence spectra were mainly due to the activation of the nanostructures by Tb3+ ions. The relative luminescence intensity increases with increasing nanoparticle concentration. Enhancement of X-ray luminescence of aqueous suspension samples can be achieved by coating nanoparticles with an inorganic layer of LaF3 insulating from water or an organic layer of H2N–(CH2)10–COOH. It is most likely that such a coating reduces energy losses due to the interaction of particles with the solvent. The resulting LaF3:Tb3+ nanoparticles were characterized by sizes of approximately 25 nm, stability in an aqueous environment, and high biocompatibility.For the purpose of application in photodynamic therapy, a biocompatible composite was developed of β-NaGdF4:Tb3+ nanoparticles with the photosensitizer Bengal Rose (3′,4′,5′,6′-tetrachloro-2,4,5,7-tetraiodofluorescein). The in vivo efficiency of photodynamic therapy was about 90% in inhibiting the growth of HepG2 tumor inoculated subcutaneously into hairless mice after application of a dose of X-ray irradiation of 1.5 Gy. Serious dysfunction of the spleen, lungs, and kidneys of animals was also observed when X-ray exposure lasted more than 20 minutes.A new approach to the treatment of tumor diseases with a combination of radio- and photodynamic therapy is based on the assumption that supplementing traditional radiotherapy with photodynamic therapy one can allow treatment with lower doses of radiation. It is expected that the development of photodynamic therapy induced by low doses of X-ray radiation will contribute to significant steps forward, both in basic research and clinical application, for the treatment of deep-located tumors in the near future.Since the absorption coefficient of X-ray radiation increases significantly with increasing atomic number of a chemical element, functional components with high density are used or those containing heavy elements to create highly efficient X-ray phosphors. This principle is used in the development of X-ray phosphors of both inorganic and organic nature. It has been shown that when materials are excited by X-ray radiation, luminescence is observed, the efficiency of which for powders was much lower than for sintered ceramic samples. To achieve effective X-ray luminescence of structures based on organic molecules, chemical design is used during their synthesis with the replacement of certain atoms with atoms of heavy halogens. It has been shown that such organic scintillators can be used in non-destructive radiography at low levels of radiation exposure. Виконано огляд наукових робіт, присвячених синтезу, вивченню властивостей та визначенню напрямів практичного використання перспективних рентгенолюмінесцентних наноструктур і матеріалів. Такі об’єкти можуть застосовуватися в різних галузях медицини, біології, техніки, приладобудування тощо. Пріорітети досліджень стосуються розвитку малоінвазивного лікування пухлинних захворювань методами фотодинамічної терапії, створення нанотехнологічної бази новітньої фармакології – фотофармакології,  розробки нових ефективних засобів медичної радіографії, комп’ютерної томографії, стерилізації та дезінфекції, безпеки зберігання інформації та ін.В галузі протипухлинної медицини та фотофармакології актуальними є проблеми створення та використання біосумісних ефективних нанодисперсних рентгенолюмінофорів та водних колоїдних розчинів на їх основі. Наведено літературні дані щодо рентгенолюмінесценції нанодисперсних частинок LaF3:Ce,Tb і LaF3:Tb та їх водних колоїдних систем. Їх спектри рентгенолюмінесценції були переважно обумовлені активацією наноструктур іонами Tb3+. Відносна інтенсивність люмінесценції зростає зі збільшенням концентрації наночастинок. Посилення рентгенолюмінесценції зразків водних суспензій може бути досягнуто при покритті наночастинок ізолюючим від впливу води неорганічним шаром LaF3 або органічним шаром H2N–(CH2)10–COOH. Найбільш імовірно, що таке покриття зменшує втрати енергії внаслідок взаємодії частинок з розчинником. Отримані наночастинки LaF3:Tb3+ характеризувалися розмірами приблизно 25 нм, стабільністю у водному середовищі та мали високу біосумісність.З метою застосування в фотодинамічній терапії здійснено розробку біосумісного композиту наночастинок β-NaGdF4:Tb3+ з фотосенсибілізатором бенгальським рожевим (3′,4′,5′,6′-тетрахлор-2,4,5,7-тетрайодфлуоресцеїн). Ефективність фотодинамічної терапії in vivo становила близько 90% щодо пригнічення росту пухлини HepG2, прищепленої підшкірно позбавленим шерсті мишам, після застосування дози рентгенівського опромінення 1.5 Гр. Спостерігалися також серйозні порушення функцій селезінки, легень і нирок тварин при тривалості рентгенівського опромінення більше 20 хв. Новий підхід до лікування пухлинних захворювань із поєднанням радіо- і фотодинамічної терапії заснований на припущенні, що доповнення традиційної радіотерапії фотодинамічною терапією дозволить здійснювати лікування із застосуванням менших доз випромінювання. Очікується, що розробка фотодинамічної терапії, індукованої низькими дозами рентгенівського випромінювання, буде сприяти значним крокам уперед, як у фундаментальних дослідженнях, так і в клінічному застосуванні, для лікування глибоко розташованих пухлин у найближчому майбутньому.Оскільки коефіцієнт поглинання рентгенівського випромінювання сильно зростає зі збільшенням атомного номера хімічного елемента, для створення високоефективних рентгенолюмінофорів використовують функціональні складові з великою густиною, або такі, що містять важкі елементи. Цей принцип використовується при розробках рентгенолюмінофорів як неорганічної, так і органічної природи. Показано, що при збудженні матеріалів рентгенівським випромінюванням спостерігалася люмінесценція, ефективність якої для порошків була набагато нижчою, ніж для спечених керамічних зразків. Для досягнення ефективної рентгенолюмінесценції структур на основі органічних молекул, під час їх синтезу використовують хімічний дизайн із заміною певних атомів на атоми важких галогенів. Показано, що подібні органічні сцинтилятори можуть застосовуватися в недеструктивній радіографії при низьких рівнях радіаційного опромінення. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-11-26 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/813 10.15407/Surface.2025.17.383 Surface; No. 17(32) (2025): Surface; 383–412 Поверхность; № 17(32) (2025): Поверхня; 383–412 Поверхня; № 17(32) (2025): Поверхня; 383–412 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2025.17 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/813/815 Авторське право (c) 2025 С. П. Туранська, О. Д. Щеглов, А. П. Кусяк, П. П. Горбик |
| spellingShingle | рентгенолюмінесценція наноструктури нанохімічний синтез оптимізація медицина біологія техніка Туранська, С. П. Щеглов, О. Д. Кусяк, А. П. Горбик, П. П. Рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання |
| title | Рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання |
| title_alt | X-ray luminescent nanostructures and materials: synthesis, properties, directions of practical use |
| title_full | Рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання |
| title_fullStr | Рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання |
| title_full_unstemmed | Рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання |
| title_short | Рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання |
| title_sort | рентгенолюмінесцентні наноструктури і матеріали: синтез, властивості, напрями практичного використання |
| topic | рентгенолюмінесценція наноструктури нанохімічний синтез оптимізація медицина біологія техніка |
| topic_facet | X-ray luminescence nanostructures nanochemical synthesis optimization medicine biology technique рентгенолюмінесценція наноструктури нанохімічний синтез оптимізація медицина біологія техніка |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/813 |
| work_keys_str_mv | AT turansʹkasp xrayluminescentnanostructuresandmaterialssynthesispropertiesdirectionsofpracticaluse AT ŝeglovod xrayluminescentnanostructuresandmaterialssynthesispropertiesdirectionsofpracticaluse AT kusâkap xrayluminescentnanostructuresandmaterialssynthesispropertiesdirectionsofpracticaluse AT gorbikpp xrayluminescentnanostructuresandmaterialssynthesispropertiesdirectionsofpracticaluse AT turansʹkasp rentgenolûmínescentnínanostrukturiímateríalisintezvlastivostínaprâmipraktičnogovikoristannâ AT ŝeglovod rentgenolûmínescentnínanostrukturiímateríalisintezvlastivostínaprâmipraktičnogovikoristannâ AT kusâkap rentgenolûmínescentnínanostrukturiímateríalisintezvlastivostínaprâmipraktičnogovikoristannâ AT gorbikpp rentgenolûmínescentnínanostrukturiímateríalisintezvlastivostínaprâmipraktičnogovikoristannâ |