Lysstyrkeudlignede kvanteprikker forbedrer biologisk billeddannelse

Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign har introduceret en ny klasse af lysemitterende kvanteprikker (QD'er) med justerbar og udlignet fluorescenslysstyrke på tværs af en bred vifte af farver. Dette resulterer i mere nøjagtige målinger af molekyler i sygt væv og forbedrede kvantitative billeddannelsesevner.

"I dette arbejde, vi har gjort to store fremskridt – evnen til præcist at kontrollere lysstyrken af ​​lysemitterende partikler kaldet kvanteprikker, og evnen til at gøre flere farver lige i lysstyrke, " forklarede Andrew M. Smith, en assisterende professor i bioingeniør ved Illinois. "Tidligere havde lysemission en ukendt overensstemmelse med molekylenummer. Nu kan den indstilles præcist og kalibreres til præcist at tælle specifikke molekyler. Dette vil være særligt nyttigt til at forstå komplekse processer i neuroner og kræftceller for at hjælpe os med at optrevle sygdomsmekanismer, og til at karakterisere celler fra sygt væv hos patienter."

"Fluorescerende farvestoffer er blevet brugt til at mærke molekyler i celler og væv i næsten et århundrede, og har formet vores forståelse af cellulære strukturer og proteinfunktion. Men det har altid været udfordrende at udtrække kvantitativ information, fordi mængden af ​​lys, der udsendes fra et enkelt farvestof, er ustabil og ofte uforudsigelig. Også lysstyrken varierer drastisk mellem forskellige farver, hvilket komplicerer brugen af ​​flere farvefarver på samme tid. Disse egenskaber slører sammenhænge mellem målt lysintensitet og koncentrationer af molekyler, " sagde Sung Jun Lim, en postdoc og første forfatter af papiret, "Lysstyrkeudlignede kvanteprikker, " offentliggjort i denne uge i Naturkommunikation .

Ifølge forskerne, disse nye materialer vil være særligt vigtige til billeddannelse i komplekse væv og levende organismer, hvor der er et stort behov for kvantitative billeddannelsesværktøjer, og kan give et ensartet og indstilleligt antal fotoner pr. mærket biomolekyle. De forventes også at blive brugt til præcis farvetilpasning i lysemitterende enheder og skærme, og til foton-on-demand krypteringsapplikationer. De samme principper bør gælde på tværs af en bred vifte af halvledende materialer.

"Kapaciteten til uafhængigt at justere QD-fluorescensens lysstyrke og farve har aldrig før været mulig, og disse BE-QD'er giver nu denne evne, " sagde Lim. "Vi har udviklet nye materialeteknologiske principper, som vi forventer vil give en bred vifte af nye optiske muligheder, tillade kvantitativ flerfarvet billeddannelse i biologisk væv, og forbedre farvejustering i lysemitterende enheder. Ud over, BE-QD'er bevarer deres ens lysstyrke over tid, mens konventionelle QD'er med uoverensstemmende lysstyrke bliver yderligere mismatchede over tid. Disse egenskaber skulle føre til nye lysdioder og skærmenheder, ikke kun med præcist afstemte farver – bedre farvenøjagtighed og lysstyrke – men også med forbedret ydeevnelevetid og forbedret let fremstilling." QD'er er allerede i brug i displayenheder (f.eks. Amazon Kindle og en nyt Samsung TV).