(Phys.org)—Un team di ricerca internazionale ha creato nanoparticelle fotoluminescenti uniche che brillano chiaramente attraverso più di 3 centimetri di tessuto biologico, una profondità che le rende uno strumento promettente per il bioimaging ottico dei tessuti profondi.

Sebbene l'imaging ottico sia una tecnica robusta ed economica comunemente utilizzata nelle applicazioni biomediche, le tecnologie attuali non hanno la capacità di guardare in profondità nei tessuti, hanno detto i ricercatori.

Ciò crea una domanda per lo sviluppo di nuovi approcci che forniscano alta risoluzione, bioimmagini ottiche ad alto contrasto che medici e scienziati potrebbero utilizzare per identificare tumori o altre anomalie in profondità sotto la pelle.

Le nanoparticelle di nuova creazione sono costituite da un nucleo nanocristallino contenente tulio, sodio, itterbio e fluoro, tutto racchiuso in un quadrato, guscio di fluoruro di calcio.

Le particelle sono speciali per diversi motivi. Primo, assorbono ed emettono luce nel vicino infrarosso, con la luce emessa avente una lunghezza d'onda molto più corta della luce assorbita. Questo è diverso da come le molecole nei tessuti biologici assorbono ed emettono luce, il che significa che gli scienziati possono usare le particelle per ottenere profondità, imaging a contrasto più elevato rispetto alle tradizionali tecniche basate sulla fluorescenza.

Secondo, il materiale per il guscio delle nanoparticelle, il fluoruro di calcio, è una sostanza che si trova nelle ossa e nei minerali dei denti. Questo rende le particelle compatibili con la biologia umana, riducendo il rischio di effetti negativi. Si trova anche che il guscio aumenta significativamente l'efficienza della fotoluminescenza.

Per emettere luce, le particelle impiegano un processo chiamato up-conversion dal vicino infrarosso al vicino infrarosso, o "NIR-NIR". Attraverso questo processo, le particelle assorbono coppie di fotoni e le combinano in singole, fotoni di energia superiore che vengono poi emessi.

Uno dei motivi per cui NIR-to-NIR è ideale per l'imaging ottico è che le particelle assorbono ed emettono luce nella regione del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico, che aiuta a ridurre le interferenze di fondo. Questa regione dello spettro è nota come "finestra di trasparenza ottica" per i tessuti biologici, poiché il tessuto biologico assorbe e disperde la luce meno in questo intervallo.

Gli scienziati hanno testato le particelle in esperimenti che includevano l'imaging iniettato nei topi, e immaginando una capsula piena di particelle attraverso una fetta di maiale spessa più di 3 centimetri. In ogni caso, i ricercatori sono stati in grado di ottenere vibranti, immagini ad alto contrasto delle particelle che brillano attraverso i tessuti.

I risultati dello studio sono apparsi online il 28 agosto nel ACS Nano rivista. La collaborazione internazionale includeva ricercatori dell'Università di Buffalo e di altre istituzioni negli Stati Uniti, Cina, Corea del Sud e Svezia. È stato co-diretto da Paras N. Prasad, un Distinguished Professor SUNY e direttore esecutivo dell'Istituto per i laser di UB, Fotonica e Biofotonica (ILPB), e Gang Han, un assistente professore presso la University of Massachusetts Medical School.

"Ci aspettiamo che le proprietà senza precedenti nei nanocristalli core/shell che abbiamo progettato colmeranno numerose disconnessioni tra studi in vitro e in vivo, e alla fine portare a nuove scoperte nel campo della biologia e della medicina, " ha detto Han, esprimendo la sua eccitazione per i risultati della ricerca.

Il coautore dello studio Tymish Y. Ohulchanskyy, un vicedirettore dell'ILPB, ritiene che la profondità di imaging ottico di 3 centimetri non abbia precedenti per le nanoparticelle che forniscono una visualizzazione così ad alto contrasto.

"L'imaging medico è un'area emergente, e l'imaging ottico è una tecnica importante in questo settore, " ha affermato Ohulchanskyy. "Lo sviluppo di questa nuova nanopiattaforma è un vero passo avanti per il bioimaging ottico dei tessuti più profondi".

I primi autori del documento furono Guanying Chen, professore assistente di ricerca presso ILPB e scienziato presso l'Harbin Institute of Technology in Cina e il Royal Institute of Technology in Svezia e Jie Shen della University of Massachusetts Medical School. Altre istituzioni che hanno contribuito includevano il Roswell Park Cancer Institute, l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill e la Korea University a Seoul.

Il prossimo passo nella ricerca è esplorare modi per indirizzare le nanoparticelle verso le cellule cancerose e altri bersagli biologici che potrebbero essere ripresi. Chen, Shen e Ohulchanskyy hanno affermato che la speranza è che le nanoparticelle diventino una piattaforma per il bioimaging multimodale.