En usandsynlig brug for diamanter

Små diamanter giver videnskabsmænd nye muligheder for nøjagtige målinger af processer inde i levende celler med potentiale til at forbedre lægemiddellevering og kræftbehandling.

Udgivet i Natur nanoteknologi , forskere fra Cardiff University har afsløret en ny metode til at se nanodiamanter inde i menneskelige levende celler med henblik på biomedicinsk forskning.

Nanodiamanter er meget små partikler (tusind gange mindre end menneskehår), og på grund af deres lave toksicitet kan de bruges som en bærer til at transportere lægemidler inde i celler. De viser også et stort løfte som et alternativ til de organiske fluoroforer, der normalt bruges af forskere til at visualisere processer inde i celler og væv.

En væsentlig begrænsning ved organiske fluoroforer er, at de har en tendens til at nedbrydes og bleges over tid under lysbelysning. Dette gør det vanskeligt at bruge dem til nøjagtige målinger af cellulære processer. I øvrigt, blegningen og den kemiske nedbrydning kan ofte være giftig og i betydelig grad forstyrre eller endda dræbe celler.

Der er en voksende konsensus blandt videnskabsmænd om, at nanodiamanter er et af de bedste uorganiske materialealternativer til brug i biomedicinsk forskning, på grund af deres kompatibilitet med menneskelige celler, og på grund af deres stabile strukturelle og kemiske egenskaber.

Tidligere forsøg fra andre forskerhold på at visualisere nanodiamanter under kraftige lysmikroskoper er stødt ind i den forhindring, at diamantmaterialet i sig selv er gennemsigtigt for synligt lys. At lokalisere nanodiamanterne under et mikroskop var baseret på små defekter i krystalgitteret, som fluorescerer under lysbelysning.

Produktion af fejlene viste sig både bekostelig og vanskelig at realisere på en kontrolleret måde. Desuden, det fluorescenslys, der udsendes af disse defekter, og til gengæld er billedet hentet fra den mikroskopiske udforskning af disse fejlbehæftede nanodiamanter, er nogle gange også ustabil.

I deres seneste avis, forskere fra Cardiff University's Schools of Biosciences and Physics viste, at ikke-fluorescerende nanodiamanter (diamanter uden defekter) kan afbildes optisk og langt mere stabilt via interaktionen mellem det oplysende lys og de vibrerende kemiske bindinger i diamantgitterstrukturen, hvilket resulterer i spredt lys i en anden farve.

Artiklen beskriver, hvordan to laserstråler, der slår ved en bestemt frekvens, bruges til at drive kemiske bindinger til at vibrere synkront. En af disse stråler bruges derefter til at sondere denne vibration og generere et lys, kaldet kohærent anti-Stokes Raman scattering (CARS).

Ved at fokusere disse laserstråler på nanodiamanten, der genereres et CARS-billede i høj opløsning. Ved hjælp af et internt indbygget mikroskop, forskerholdet var i stand til at måle intensiteten af ​​CARS-lyset på en række enkelte nanodiamanter i forskellige størrelser.

Nanodiamantens størrelse blev målt nøjagtigt ved hjælp af elektronmikroskopi og andre kvantitative optiske kontrastmetoder udviklet i forskerens laboratorium. På denne måde de var i stand til at kvantificere forholdet mellem CARS-lysintensiteten og nanopartikelstørrelsen.

Følgelig, det kalibrerede CARS-signal gjorde det muligt for holdet at analysere størrelsen og antallet af nanodiamanter, der var blevet leveret til levende celler, med et niveau af nøjagtighed, som hidtil ikke er opnået ved andre metoder.

Professor Paola Borri fra School of Biosciences, hvem ledede undersøgelsen, sagde:"Denne nye billeddannelsesmodalitet åbner den spændende udsigt til at følge komplekse cellulære trafficking-veje kvantitativt med vigtige anvendelser inden for lægemiddellevering. Det næste skridt for os vil være at skubbe teknikken til at detektere nanodiamanter af endnu mindre størrelser end det, vi har vist hidtil. og at demonstrere en specifik anvendelse i lægemiddellevering."