Наночастицы светятся сквозь толстый слой ткани
Международная исследовательская группа создала уникальные фотолюминесцентные наночастицы, которые ярко светятся сквозь более чем 3 сантиметра биологической ткани. Эта глубина делает их перспективным инструментом для глубокой оптической биовизуализации.
Хотя оптическая визуализация — надежная и недорогая техника, она не позволяет глубоко заглянуть в ткань. Это создает спрос на новые подходы для высококонтрастной визуализации опухолей или других аномалий глубоко под кожей.
Новые наночастицы состоят из нанокристаллического ядра, содержащего тулий, натрий, иттербий и фтор, заключенного в квадратную оболочку из фторида кальция (CaF2).
Частицы уникальны по двум причинам:
- Они поглощают и излучают ближний инфракрасный свет, причем излучаемый свет имеет гораздо более короткую длину волны, чем поглощаемый. Это отличается от того, как свет поглощается и излучается молекулами в биологических тканях, что позволяет получать более глубокие и контрастные изображения.
- Материал оболочки — фторид кальция — биосовместимое вещество, содержащееся в минералах костей и зубов. Оболочка также значительно повышает эффективность фотолюминесценции.
Для излучения света частицы используют процесс ближний инфракрасный — ближний инфракрасный ап-конверсии (NIR-to-NIR): они поглощают пары фотонов и объединяют их в единые фотоны с более высокой энергией. Этот диапазон спектра — «окно оптической прозрачности» для биологической ткани, так как в нем свет поглощается и рассеивается меньше всего, что снижает фоновые помехи.
Ученые протестировали частицы в экспериментах, включая визуализацию у мышей и через срез свинины толщиной более 3 см. В каждом случае были получены яркие, высококонтрастные изображения частиц, светящихся сквозь ткань.
Результаты исследования были опубликованы 28 августа в журнале ACS Nano. Международная коллаборация включала исследователей из University at Buffalo и других институтов США, Китая, Южной Кореи и Швеции. Руководили работой Paras N. Prasad и Gang Han.
«Мы ожидаем, что беспрецедентные свойства созданных нами нанокристаллов core/shell преодолеют разрыв между исследованиями in vitro и in vivo и в конечном итоге приведут к новым открытиям в биологии и медицине», — сказал Gang Han.
Соавтор исследования Tymish Y. Ohulchanskyy считает, что глубина оптической визуализации в 3 сантиметра беспрецедентна для наночастиц, обеспечивающих такую высокую контрастность.
Следующий шаг — изучение способов нацеливания наночастиц на раковые клетки и другие биологические мишени для визуализации. Ученые надеются, что наночастицы станут платформой для мультимодальной биовизуализации.