Nanorør er pejlemærker i kræftbilleddannelsesteknik

At bade en patient i LED-lys kan en dag tilbyde en ny måde at lokalisere tumorer på, ifølge forskere fra Rice University.

Det spektrale trianguleringssystem, der er udviklet af Rice-kemikeren Bruce Weisman og hans kolleger, er beregnet til at lokalisere målrettede kræfttumorer mærket med antistofforbundne kulstofnanorør. Det er beskrevet i et papir i tidsskriftet Royal Society of Chemistry Nanoskala .

Fordi absorptionen af ​​kortbølget infrarødt lys i væv varierer med dets bølgelængde, spektral analyse af lys, der kommer gennem huden, kan afsløre dybden af ​​det væv, som lyset har passeret igennem. Dette gør det muligt at udlede de tredimensionelle koordinater af nanorørfyret fra et lille sæt ikke-invasive optiske målinger.

Rice-teknikken er afhængig af det faktum, at enkeltvæggede kulstofnanorør naturligt fluorescerer ved kortbølgede infrarøde bølgelængder, når de exciteres af synligt lys. En meget følsom detektor kaldet en InGaAs (indium gallium arsenid) lavinefotodiode gjorde det muligt at aflæse svage signaler fra nanorør op til 20 millimeter dybt i det simulerede væv, der blev brugt til laboratorietests.

"Vi bruger en usædvanlig følsom detektor, som ikke er blevet brugt til denne slags arbejde før, " sagde Weisman, en anerkendt pioner for sin opdagelse og fortolkning af nær-infrarød fluorescens fra enkeltvæggede nanorør.

"Denne lavinefotodiode kan tælle fotoner i den kortbølgede infrarøde, hvilket er et udfordrende spektralområde for lyssensorer. Hovedmålet er at se, hvor godt vi kan detektere og lokalisere emission fra meget små koncentrationer af nanorør inde i biologiske væv. Dette har potentielle anvendelser inden for medicinsk diagnose."

Det er effektivt - og billigt at bruge lysemitterende dioder til at excitere nanorørene. sagde Weisman. "Det er relativt ukonventionelt at bruge LED'er, " sagde han. "I stedet, lasere bruges almindeligvis til excitation, men laserstråler kan ikke fokuseres inde i væv på grund af spredning. Vi bader overfladen af ​​prøven i ufokuseret LED-lys, som diffunderer gennem vævene og exciterer nanorør indeni."

En lille optisk sonde monteret på rammen af ​​en 3-D-printer følger et computerprogrammeret mønster, da sonden forsigtigt rører ved huden for at foretage aflæsninger ved gitterpunkter med et par millimeters mellemrum.

Før man når detektoren, lys fra nanorørene absorberes delvist af vand, når det bevæger sig gennem væv. Weisman og hans hold bruger det til deres fordel. "En todimensionel søgning fortæller os emitterens X- og Y-koordinater, men ikke Z - dybden, " sagde han. "Det er en meget svær ting at udlede fra en overfladescanning."

Spektral triangulering overvinder begrænsningen. "Vi gør brug af det faktum, at forskellige bølgelængder af nanorør-emission absorberes forskelligt gennem væv, " sagde Weisman. "Vand (i det omgivende væv) absorberer de længere bølgelængder, der kommer fra nanorør, meget stærkere, end det gør de kortere bølgelængder.

"Hvis vi opdager nanorør tæt på overfladen, den lange og den korte bølgelængde emission er relativt ens i intensitet. Vi siger, at spektret er uforstyrret.

"Men hvis emissionskilden er dybere, vand i det væv absorberer de længere bølgelængder fortrinsvis frem for de kortere bølgelængder, " sagde han. "Så balancen mellem intensiteten af ​​de korte og lange bølgelængder er en målestok til at måle, hvor dyb kilden er. Det er sådan, vi får Z-koordinaten."

Detektoren bliver nu testet i laboratoriet hos Dr. Robert Bast, en ekspert i ovariecancer og vicepræsident for translationel forskning ved University of Texas MD Anderson Cancer Center.

"Det giver os en kæmpe chance for at se nanorør dybere inde i væv, fordi så lidt af det lys, som nanorør udsender, finder vej til overfladen, " sagde Weisman. "Vi har været i stand til at opdage dybere ind i vævene, end jeg tror, ​​nogen anden har rapporteret."