Ricercatori presso UTS, nell'ambito di una vasta collaborazione internazionale, hanno fatto un passo avanti nello sviluppo di compatte, microscopia ottica pratica e a basso costo per ottenere immagini ad altissima risoluzione su una scala 10 volte più piccola di quella attualmente ottenibile con la microscopia convenzionale.

Questa scoperta supera due ostacoli - costo e calore - che limitano lo sviluppo di immagini ad altissima risoluzione per consentire ai ricercatori biologici e biomedici di eseguire esami dettagliati di cellule e organismi vivi.

I risultati del gruppo di ricerca, segnalato in Natura , mostrano che le nanoparticelle luminose luminescenti possono essere accese e spente utilizzando un raggio laser infrarosso a bassa potenza.

Professor Dayong Jin dell'UTS, un ricercatore capo del progetto, ha affermato che l'uso di un raggio laser a bassa potenza è stata la chiave per risolvere il doppio problema di costi e calore.

"Attualmente, per attivare e disattivare ogni singolo pixel per l'imaging ad alta risoluzione, hai bisogno di un laser ingombrante con molta potenza, " ha detto il professor Jin.

"Il laser ad alta potenza significa che ti ritroverai con apparecchiature molto costose, in genere oltre $ 1 milione. E con un laser così potente che brilla su un fragile campione biologico, il campione diventa essenzialmente 'cotto'.

"La riduzione significativa del fabbisogno energetico elimina la necessità di laser ingombranti e costosi e lo rende molto più biocompatibile".

L'uso di nanoparticelle simili a lampade per bio-imaging a super risoluzione è uno sviluppo relativamente recente che ha attirato un'attenzione diffusa a livello internazionale. Le nanoparticelle agiscono come sonde molecolari per illuminare le strutture subcellulari. Però, le limitazioni fondamentali della luce limitano la dimensione minima dei pixel dell'immagine a circa 200 nm, circa la metà di una lunghezza d'onda di eccitazione e insufficiente per visualizzare molte strutture biologiche di interesse.

Questa nuova ricerca mostra che le nanoparticelle di dimensioni fino a 13 nm, forse anche più piccolo, può essere visualizzato in una nuova forma di nanoscopia ottica in cui la luminescenza indesiderata viene soppressa da un laser a infrarossi a bassa potenza.

Il professor Jin è stato co-vincitore del Premio Eureka 2015 per l'eccellenza nella ricerca scientifica interdisciplinare per il suo lavoro nello sviluppo di nanocristalli noti come Super Dots ed è direttore dell'iniziativa UTS per materiali e dispositivi biomedici (IBMD). Lui, i suoi studenti e collaboratori lavorano da diversi anni sulla tecnologia fotonica su nanoscala.

"Siamo interessati a condurre una ricerca incentrata sulla soluzione che offra potenziale per l'industria. Identifichiamo i problemi chiave nel campo, trovare una soluzione e passare ai prossimi passi verso la traduzione tecnologica, " ha detto il professor Jin.

"Fare quello, devi trovare il partner giusto con competenze complementari, costruire un rapporto basato sulla fiducia e portarlo avanti con perseveranza come abbiamo fatto nei sei anni necessari per completare questa ricerca".

Ha detto che questo nuovo strumento apre opportunità per capire come funziona la macchina della vita, in modo non invasivo, si spera che porti a una migliore comprensione dei patogeni e delle malattie della resistenza agli antibiotici, e il sistema immunitario.

Professor Jim Piper, della Macquarie University e dell'ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics, è stato un co-ricercatore nello studio Nature. Ha affermato che i risultati della ricerca sono stati entusiasmanti perché queste nanoparticelle hanno "proprietà uniche che consentiranno ai ricercatori di vedere più in profondità e più chiaramente a livello cellulare e intracellulare - dove le proteine, anticorpi ed enzimi alla fine gestiscono il meccanismo della vita".

"Quello che abbiamo fatto è illustrare che minuscole nanoparticelle offrono un potenziale sostanziale come una nuova generazione di sonde luminescenti per la nanoscopia ottica. Questo apre una strada completamente nuova nello studio dei processi biologici vivi".

Professore Associato Peng Xi dell'Università di Pechino, uno dei principali ricercatori nel campo della microscopia a super risoluzione, disse, "Dopo il premio Nobel nel 2014, l'attenzione della comunità della super-risoluzione si è concentrata sullo sviluppo di tecniche compatibili con le cellule vive. Le nostre nanoparticelle di terre rare di nuova concezione riducono la richiesta di laser ad alta potenza di due o tre ordini di grandezza, che consente l'ampia applicazione di questa tecnologia nelle cellule vive e riduce drasticamente il costo e la complessità del sistema."

La ricerca per "Emissione stimolata amplificata in nanoparticelle di conversione verso l'alto per nanoscopia a super risoluzione" è stata condotta da scienziati di UTS, Università Macquarie, Università di Pechino e Shanghai Jiao-tong University.