Глубокое свечение наночастиц
Наночастицы мерцают сквозь толстый слой ткани
Новости мира инноваций
Новые биосовместимые наночастицы просвечивают через 3 сантиметра биологической ткани, демонстрируя потенциал нанотехнологий в биомедицинском сканировании.
Международная группа ученых создала уникальные фотолюминесцентные наночастицы, которые ярко светят и видны даже под трехсантиметровой биологической тканью, то есть на глубине, которая делает их многообещающим инструментом для оптического биосканирования тканей.
Хотя оптическое сканирование – технология удобная и недорогая, обычно используемая в сфере биомедицины, современные технологии недостаточно глубоко исследуют ткань.
Так формируется потребность в разработке новых подходов, которые обеспечивают высококонтрастное оптическое биосканирование с высоким разрешением, которое медики и ученые могут использовать для идентификации опухолей и других аномалий глубоко под кожей.
Недавно разработанные наночастицы состоят из нанокристаллического ядра, содержащего тулий, натрий, иттербий и фтор, каждый из которых заключен в квадратную раковину из фтора и кальция.
Частицы являются особенными по ряду причин. Во-первых, они поглощают и испускают околоинфракрасный свет с намного более короткой длиной волны, чем поглощенный свет. Это отличается от того, как молекулы в биологических тканях поглощают и испускают свет, и, следовательно, ученые могут использовать наночастицы для получения более глубоких контрастных изображений, нежели традиционные основанные на флуоресценции методы.
Во-вторых, материал для раковин – фтористый кальций – является веществом, содержащимся в минерале зубов и костях. Он делает частицы биосовместимыми, сокращая риск негативного воздействия наночастиц на организм. Раковина, как выяснилось, значительно повышает эффективность фотолюминесценции.
Чтобы испускать свет, наночастицы используют процесс NIR-to-NIR (near-infrared-to-near-infrared up-conversion) или преобразование околоинфракрасного в околоинфракрасное. В ходе данного процесса частицы поглощают пары фотонов и объединяют их в одиночные высокоэнергетические фотоны, которые затем испускаются.
Одна из причин того, что данный процесс идеально подходит для оптического сканирования, в том, что частицы поглощают и испускают свет в околоинфракрасной области электромагнитного спектра, что помогает сократить второстепенное взаимодействие. Эта область спектра известна как окно оптической прозрачности для биологической ткани, поскольку биологические ткани в минимальной степени поглощают и рассеивают свет в этом диапазоне.
Ученые протестировали частицы в ходе экспериментов на мышах, а также получили визуальное отображение капсулы, полной частиц, через кусок свинины толщиной более 3 см. В каждом случае ученые сумели получить яркие высококонтрастные изображения частиц, сияющих сквозь ткань.
Результаты исследования опубликованы в издании ACS Nano: Dong et al., NIR-to-NIR Two-Photon Excited CaF2:Tm3+,Yb3+ Nanoparticles: Multifunctional Nanoprobes for Highly Penetrating Fluorescence Bio-Imaging.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
03.10.2012