I ricercatori che lavorano per far progredire l'imaging utile alla medicina e alla sicurezza stanno capitalizzando sullo stesso fenomeno dietro l'immagine persistente del "fantasma" che è apparsa sui vecchi schermi televisivi.
Un team di ricercatori della Purdue University e della Macquarie University di Sydney ha creato un modo per controllare la durata della permanenza della luce di un nanocristallo luminescente, aggiungendo una nuova dimensione temporale al colore e alla luminosità nella tecnologia di rilevamento ottico.
Rilevamento basato sulla durata della luce e sul suo colore specifico, o lunghezza d'onda, aumenta in modo esponenziale il numero di diverse combinazioni che possono essere create e utilizzate come firme uniche, o tag, per schermi biomedici. Gli schermi basati su questa nuova tecnologia potrebbero identificare contemporaneamente migliaia di diverse molecole bersaglio, superando di gran lunga i limiti attuali di tali schermi a circa 20 molecole diverse.
"Questi nanocristalli possono formare codici combinati, come codici a barre, per formare una vasta libreria di sonde molecolari distinguibili, che può essere utilizzato per diagnosi complesse, " disse Dayong Jin, il professore di fotonica a Macquarie che ha guidato la ricerca. "Potrebbero essere utilizzati per test di screening che possono identificare più rapidamente e accuratamente la causa dell'infezione, tumori residui in una fase precoce e individuare i bersagli molecolari specifici per terapie farmacologiche mirate".
Inoltre, la luce emessa dai nuovi nanocristalli supera di gran lunga quella che avviene naturalmente nei sistemi biologici, chiamata autofluorescenza. Questa differenza di tempo separa nettamente il segnale dal rumore di fondo, disse J. Paul Robinson, il professore di citomica al Purdue's College of Veterinary Medicine e professore alla Weldon School of Biomedical Engineering di Purdue che ha contribuito a guidare lo studio negli ultimi quattro anni.
"I fotoni emessi da questi nanocristalli durano 1, 000 volte più lungo dei fotoni emessi dai sistemi biologici che causano rumore di fondo, " disse Robinson, che è anche direttore dei Purdue Cytometry Laboratories. "I fotoni di nanocristalli rimangono, proprio come i fotoni che creavano le immagini "fantasma" sui vecchi schermi televisivi che rimanevano dopo aver spento il televisore. Un fenomeno simile sta accadendo in questi nanocristalli. Possiamo catturare questo segnale dopo che gli altri si sono oscurati e ottenere una risoluzione incredibile".
Il lavoro del team è dettagliato in un documento che sarà pubblicato nel prossimo numero di Fotonica della natura ed è attualmente disponibile online. Jin ha guidato la progettazione e la produzione delle nanoparticelle, che i ricercatori hanno chiamato t-Dots. Robinson ha guidato lo sviluppo del concetto e i test biologici della tecnologia di rilevamento.
La ricerca di Robinson si concentra sulla citometria a flusso, l'analisi delle cellule che sono contenute in un liquido che scorre davanti a un raggio laser. Il team di ricerca ha costruito un sistema di citometria a scansione risolta nel tempo in grado di valutare la durata della luce emessa, nonché il colore e catturare i segnali -Dot.
"Le particelle contenenti questi punti τ possono essere facilmente adattate per legare diversi anticorpi, "Ha detto Robinson. "Un sistema piccolo e portatile potrebbe essere creato per sondare più agenti patogeni contemporaneamente nelle bevande o negli alimenti".
Il team di ricerca ha stratificato con successo i nanocristalli con una sequenza specifica di vite all'interno dei singoli punti per creare firme uniche e ha legato con successo una proteina ai punti τ consentendo loro di cercare e legarsi a Giardia lamblia, Egli ha detto. Robinson prevede di perfezionare i progetti di strumenti di citometria a flusso in grado di leggere le firme τ-Dot e di esplorare le applicazioni biomediche di nuovi strumenti di rilevamento.
"La citometria a flusso è uno strumento diagnostico che viene utilizzato in una varietà di applicazioni, dall'assistenza sanitaria alla sicurezza nazionale, " ha detto Robinson. "Può analizzare il sangue e l'urina per diagnosticare la malattia, oppure può analizzare un campione prelevato da una superficie o l'aria mista ad acqua per rilevare patogeni di origine alimentare o agenti chimici. Con i -Dot 'nano-tag, ' abbiamo la possibilità di eseguire lo screening di molti obiettivi contemporaneamente, e sarà necessario solo un piccolo volume di campione per raccogliere una grande quantità di informazioni in un brevissimo lasso di tempo."
I nanocristalli sono minuscoli ammassi di sodio, ittrio e ioni di fluoruro con l'aggiunta di tracce di ioni di itterbio e tulio, elemento delle terre rare che emette blu. Lo ione itterbio funge da innesco alla reazione che controlla la fluorescenza del tulio, e i ricercatori hanno controllato la durata dell'emissione di questa luce variando la distanza tra i due.
Quando un laser colpisce un nanocristallo innesca una reazione che porta all'emissione di un fotone a una lunghezza d'onda visibile, o un'esplosione di luce visibile.
I punti possono anche essere usati per creare segni invisibili e quasi impossibili da falsificare sui documenti, oggetti o valuta come misura anticontraffazione, disse Yiqing Lu, un ricercatore senior della Macquarie University in fotonica.
"Applicando τ-Dots su qualsiasi superficie, possiamo lasciare un messaggio segreto o un segno su qualsiasi prodotto, che sarà rivelato solo da uno scanner appositamente progettato, " Lu ha detto. "Questo ha un enorme potenziale nel confermare l'autenticità di qualsiasi prodotto, dai farmaci alle forniture di corrieri medici".
Il team di ricerca di Macquarie sta studiando questa applicazione e la capacità di sovrapporre i -Dots per creare storage di dati a densità più elevata, Egli ha detto.
