Små sonder skinner kraftigt for at afsløre placeringen af ​​målrettede væv

(Phys.org) - kaldet BRIGHTs, de bittesmå sonder, der er beskrevet i online -udgaven af Avancerede materialer den 15. november, binde til biomarkører for sygdom og når den fejes af en infrarød laser, lyser for at afsløre deres placering.

Små som de er, sonderne er udsøgt konstruerede objekter:guldnanopartikler dækket med molekyler kaldet Raman -journalister, til gengæld dækket af en tynd skal af guld, der spontant danner en dodekaeder.

Raman -reporterne er molekyler, hvis jiggling -atomer reagerer på en sondelaser ved at sprede lys ved karakteristiske bølgelængder.

Skallen og kernen skaber et elektromagnetisk hotspot i kløften mellem dem, der øger journalisternes emission med en faktor på næsten en billion.

BRIGHTs skinner omkring 1,7 x 10 ¹¹ mere klart end isolerede Raman-journalister og cirka 20 gange mere intenst end den næst-nærmeste konkurrentsonde, siger Srikanth Singamaneni, Ph.d., adjunkt i maskinteknik og materialevidenskab på School of Engineering &Applied Science ved Washington University i St. Louis.

Giver signalet fra Raman -journalister

Singamaneni og hans postdoktorale forskningsassistent Naveen Gandra, Ph.d., afprøvet flere forskellige sondedesigner, inden de satte sig på BRIGHTS.

Singamanenis laboratorium har arbejdet i årevis med Raman -spektroskopi, en spektroskopisk teknik, der bruges til at studere molekylers vibrationstilstande (bøjning og strækning). Laserlys interagerer med disse tilstande, og molekylet udsender derefter lys ved højere eller lavere bølgelængder, der er karakteristiske for molekylet,

Spontan Raman -spredning, som dette fænomen kaldes, er af natur meget svag, men for 30 år siden faldt forskere ved et uheld på, at det er meget stærkere, hvis molekylerne adsorberes på ru metalliske overflader. Derefter opdagede de, at molekyler fastgjort til metalliske nanopartikler skinner endnu lysere end dem, der er knyttet til ru overflader.

Intensitetsforøgelsen fra overfladeforbedret Raman-spredning, eller SERS, er potentielt enorm. "Det er velkendt, at hvis du samler Raman-journalister mellem to plasmoniske materialer, såsom guld eller sølv, du kommer til at se dramatisk forbedring af Raman, "Siger Singamaneni.

Oprindeligt forsøgte hans team at skabe intense elektromagnetiske hot spots ved at stikke mindre partikler på en større central partikel, skabe kerne-satellitsamlinger, der ligner tusindfryd.

"Men vi indså, at disse samlinger ikke er ideelle til biobilleder, " han siger, "fordi partiklerne blev holdt sammen af ​​svage elektrostatiske interaktioner, og samlingerne ville gå fra hinanden i kroppen."

Derefter forsøgte de at bruge noget, der hedder Click chemistry til at lave stærkere kovalente bindinger mellem satellitterne og kernen.

"Vi havde en vis succes med disse forsamlinger, "Singamaneni siger, "men i mellemtiden var vi begyndt at spekulere på, om vi ikke kunne lave et elektromagnetisk hot spot inden for en enkelt nanopartikel frem for blandt partikler.

"Det gik op for os, at hvis vi placerede Raman -journalister mellem kernen og skallen af ​​en enkelt partikel, kunne vi oprette et internt hotspot."

Den idé fungerede som en charme.

En regnbue af sonder, der omhyggeligt udleverer medicin?

Det næste trin, siger Singamaneni, skal teste BRIGHTS in vivo i laboratoriet af Sam Achilefu, Ph.d., professor i radiologi på School of Medicine.

Men han tænker allerede på måder at få endnu mere ud af designet.

Da forskellige Raman -reportermolekyler reagerer ved forskellige bølgelængder, Singamaneni siger, det burde være muligt at designe BRIGHTS målrettet til forskellige biomolekyler, der også har forskellige Raman -journalister, og derefter overvåge dem alle samtidigt med den samme lysprobe.

Og han og Gandra vil gerne kombinere BRIGHTS med en medicinbeholder af en eller anden art, så beholderne kunne spores i kroppen og stoffet og kun frigives, når det nåede målvævet, og dermed undgå mange af de bivirkninger, patienter frygter.

Gode ​​ting, som de siger, kommer i små pakker.