Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Ultrasensitiv billeddannelsesmetode bruger guld-sølv nanocages

Nye forskningsresultater tyder på, at en eksperimentel ultrafølsom billedbehandlingsteknik, der bruger en pulserende laser og små metalliske "nanocages" kan muliggøre både tidlig opdagelse og behandling af sygdom. Dette sammensatte billede viser lysende nanocages, som fremstår som stjerner på en sort baggrund, og en levende celle, øverst til venstre. Guld-sølv nanocages udviser en lysende "tre-foton luminescens", når de exciteres af den ultrahurtige pulserende laser, med 10 gange større intensitet end rene guld eller sølv nanopartikler. Signalet tillader levende cellebilleddannelse med ubetydelig skade fra opvarmning. Kredit:Purdue University grafik/Ji-Xin Cheng

Nye forskningsresultater tyder på, at en eksperimentel ultrafølsom medicinsk billedbehandlingsteknik, der bruger en pulserende laser og små metalliske "nanocages" kan muliggøre både tidlig opdagelse og behandling af sygdom.

Systemet fungerer ved at skinne nær-infrarøde laserimpulser gennem huden for at detektere hule nanocages og faste nanopartikler - lavet af en legering af guld og sølv - der sprøjtes ind i blodbanen.

I modsætning til tidligere tilgange med små metalliske nanorods og nanosfærer, den nye teknik forårsager ikke varmeskader på væv, der afbildes. En anden fordel er, at den ikke producerer en "autofluorescerende" baggrundsglød af omgivende væv, som forstyrrer billeddannelsen og reducerer kontrast og lysstyrke, sagde Ji-Xin Cheng (udtales Gee-Shin), en lektor i biomedicinsk teknik og kemi ved Purdue University.

"Denne mangel på baggrundsfluorescens gør billederne meget mere klare og er meget vigtig for sygdomsdetektion, " sagde han. "Det giver os mulighed for klart at identificere nanocages og vævene."

Den forbedrede ydeevne kunne muliggøre tidlig opdagelse og behandling af kræft. De bittesmå guld-sølv bure kan også bruges til at levere tidsfrigivet kræftmedicin til sygt væv, sagde Younan Xia, James M. McKelvey professor for avancerede materialer i Institut for Biomedicinsk Teknik ved Washington University i St. Louis. Hans team fremstillede nanocages og nanopartikler, der blev brugt i forskningen.

Guld-sølv-strukturerne gav billeder 10 gange lysere end anden eksperimentel billeddannelsesforskning ved hjælp af guld nanosfærer og nanorods. Billedteknologien giver lysstyrke og kontrast potentielt hundredvis af gange bedre end konventionelle fluorescerende farvestoffer, der bruges til en bred vifte af biologisk billeddannelse for at studere cellers og molekylers indre funktion.

Resultaterne blev beskrevet i et forskningspapir, der blev offentliggjort online den 6. april i tidsskriftet Angewandte Chemie 's internationale udgave. Papiret er skrevet af Purdue kemi doktorand Ling Tong, Washington University kandidatstuderende Claire M. Cobley og forskningsassistent Jingyi Chen, Xia og Cheng.

Den nye billedbehandlingstilgang bruger et fænomen kaldet "tre-foton luminescens, " som giver højere kontrast og lysere billeder end konventionelle fluorescensbilleddannelsesmetoder. Normalt, tre-foton luminescens er for svag til at blive brugt til billeddannelse. Imidlertid, tilstedeværelsen af ​​guld og sølv nanopartikler øger lysstyrken, overvinde denne forhindring. Den ultrahurtige laser menes også muligvis at spille en rolle ved at forårsage "tredje harmonisk generation, ", hvilket øger lysstyrken.

Tidligere forskning for at udvikle billeddannelsessystemet har krævet brugen af ​​"plasmoner, " eller skyer af elektroner, der bevæger sig i forening, for at forbedre lysstyrken og kontrasten. Imidlertid, brug af plasmoner genererer vævsskadende varme. Den nye teknik bruger ikke plasmonforstærkning, fjerne denne opvarmning, sagde Cheng.

Tre-foton-effekten kan gøre det muligt for forskere at udvikle avancerede "ikke-lineære optiske teknikker", der giver bedre kontrast end konventionelle teknologier.

"Tre-foton billeddannelsesevnen vil potentielt give os mulighed for at kombinere billeddannelse og terapi for bedre diagnose og overvågning, " sagde Xia.

Forskere brugte en laser i det nær-infrarøde område af spektret, der pulserede med femtosekunders hastighed, eller kvadrilliontedele af et sekund. Laseren pulserer 80 millioner gange i sekundet for at belyse væv og organer, efter at nanocages er blevet injiceret, sagde Cheng.

Burene og partiklerne er omkring 40 nanometer brede, eller omkring 100 gange mindre end et rødt blodlegeme.

Forskerne injicerede intravenøst ​​nanocages i mus og tog derefter billeder af de små strukturer i vævsprøver fra organer som leveren og milten.


Varme artikler