Los científicos que utilizan un enfoque único han desarrollado un nuevo agente de contraste de imágenes biomédicas. Dicen que el avance supera un desafío importante para "ver" más profundamente en el tejido vivo, y abre el camino para mejoras significativas en la tecnología de imágenes ópticas.
El desarrollo, resultado de la colaboración internacional entre la Universidad de Fudan en China y la Universidad Tecnológica de Sydney UTS, tiene el potencial de llevar la resolución de bioimagen más allá de lo que actualmente es posible con la tecnología de imagen CT y PET. La investigación se publicaen Fotónica de la naturaleza .
El profesor Dayong Jin, autor principal del estudio y Director del Instituto UTS para Materiales y Dispositivos Biomédicos IBMD, dijo que "este resultado es un gran ejemplo que muestra cómo transformamos los avances en fotónica y ciencias de los materiales en biotecnologías revolucionarias enIBMD ".
Los agentes de contraste óptico se usan principalmente para mejorar la visualización y la diferenciación en tejidos y vasos sanguíneos tanto en entornos clínicos como de investigación.
Para optimizar el brillo de un agente de contraste e iluminar eficientemente células individuales y biomoléculas, el desafío radica en superar una limitación en física, llamada "enfriamiento de concentración". Esto es causado por la relajación cruzada de energía entre los emisores cuando estándemasiado cerca uno del otro, por lo que tener demasiados emisores conduce a un enfriamiento del brillo general.
"El nuevo enfoque en esta investigación fue desbloquear el efecto de enfriamiento de la concentración utilizando el iterbio puro de elementos de tierras raras que solo tiene un solo estado excitado para evitar la relajación cruzada entre sistemas", explicó el profesor Jin, "para que una redde más de 5,000 emisores de iterbio puro se pueden condensar fuertemente dentro de un espacio de 10 nm de diámetro, mil veces más pequeño que una celda ".
En esta densidad de emisor, todos los posibles sitios de dopaje atómico están ocupados por el iterbio dentro de la estructura de red cristalina, y una vez pasivados adecuadamente no reactivos, por una capa delgada de fluoruro de calcio biocompatible, el material está libre de enfriamiento por concentración.
"Esto permite que la eficiencia de la conversión fotónica se acerque al límite teórico del 100%. Esto no solo marca un nuevo récord en fotónica y ciencias de los materiales, sino que también abre muchas aplicaciones potenciales", dijo el profesor Jin.
El autor principal del artículo, el Sr. Yuyang Gu, estudiante de doctorado en la Universidad de Fudan, dijo que "el uso de este nuevo agente de contraste en un modelo de ratón nos permitió ver a través de ratones enteros".
La física fundamental de las sondas fluorescentes utilizadas en las imágenes ópticas significa que solo hay una "ventana" [ventana de transparencia óptica] del infrarrojo cercano NIR estrechamente definida más allá de la cual la luz visible no puede penetrar en el tejido. Para diseñar un agente de contraste que absorba yEmite en el NIR sin perder la energía es difícil.
"Aunque el iterbio tiene un nivel de 'energía pura' que ayuda a proteger los fotones absorbidos en la banda NIR antes de ser emitidos, con una pérdida insignificante de energía, el estado excitado simple solo permite emisiones en la banda muy similar de NIR, lo que lo hace poco prácticousar los filtros de color convencionales para discriminar las emisiones del entorno altamente dispersante de la excitación láser ", dijo el profesor Jin.
"La investigación necesitaba 'nueva física'. Realmente tuvimos que pensar fuera de la caja"
En lugar de "filtrar" espectralmente las emisiones de señal, los investigadores emplearon una técnica de resolución temporal que pausó la luz de excitación y aprovecharon la propiedad de "almacenamiento de fotones" de los emisores de iterbio, disminuyendo la emisión de luz, el tiempo suficientepara permitir una separación más clara entre la excitación y la emisión de luz en el dominio del tiempo. El profesor Jin compara este fenómeno con el escenario en el que, después de apagar un televisor, la fluorescencia de larga duración de una imagen "fantasma" se ve como un resplandor enla oscuridad.
Durante los últimos cinco años, el profesor Jin y su equipo han desarrollado una biblioteca de Super Dots,? -Dots, Hyper Dots y Thermal Dots como sondas luminiscentes multiphoton para aplicaciones de detección e imagen.
"Este resultado es otro salto cuántico, que nos brinda un nuevo conjunto de capacidades de investigación para el desarrollo de sensores a nanoescala y sondas biomoleculares más eficientes y funcionales", agregó el profesor Jin.
El investigador jefe de la Universidad de Fudan, profesor Fuyou Li dijo: "Este es un 'nuevo' proceso luminiscente con alta eficiencia. Esperamos encontrar aplicaciones más adecuadas basadas en el ajuste fino del proceso de descomposición de este tipo de sondas".
El uso combinado de alta densidad de emisores de iterbio y el enfoque de resolución temporal significaron que era posible maximizar el número de emisores, la eficiencia de conversión de luz y el brillo general del agente de contraste, y por lo tanto mejorar significativamente la sensibilidad de detección, resolución y profundidad.
El profesor Jin dijo que era otro ejemplo de cómo los avances en física pueden conducir al desarrollo de tecnologías médicas nuevas y mejoradas que citan la evolución y la revolución, en métodos de diagnóstico como rayos X, tomografía computarizada y PET.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Tecnología de Sydney . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :