Siliciumfluorescerende materiale udviklet, hvilket muliggør observationer under et lyst biologisk optisk vindue

NIMS MANA forskergrupper og en forskergruppe ved Nagoya University udviklede i fællesskab et siliciumfluorescerende materiale, der er meget lavt toksicitet og højt i luminescenseffektivitet, sammenlignet med konventionelle materialer. Under nær-infrarød stråling (NIR) ved bølgelængder på 650 til 1, 000 nm - området kendt som det "biologiske optiske vindue" - som er i stand til at passere gennem levende systemer, det lykkedes den fælles gruppe at bioimagere ved hjælp af dette nye materiale.

En forskergruppe ved NIMS International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), ledet af MANA hovedundersøger Françoise Winnik, en MANA postdoc -forsker Sourov Chandra, en forskergruppe ledet af MANA Independent Scientist Naoto Shirahata, og en forskningsgruppe bestående af professor Yoshinobu Baba og adjunkt Takao Yasui, Graduate School of Engineering, Nagoya Universitet, i fællesskab udviklet et siliciumfluorescerende materiale, der er meget lavt toksicitet og højt i luminescenseffektivitet, sammenlignet med konventionelle materialer. Under nær-infrarød stråling (NIR) ved bølgelængder på 650 til 1, 000 nm - området kendt som det "biologiske optiske vindue" - som er i stand til at passere gennem levende systemer, det lykkedes den fælles gruppe at bioimagere ved hjælp af det nye materiale for første gang i verden.

Fluorescensbioimaging refererer til visualisering af celler og andre biologiske væv, der er usynlige for det blotte øje, ved at markere dem synlige med et fluorescerende materiale. Teknikken muliggør in vivo observation af distribution og adfærd af levende celler i realtid. Ved anvendelse af denne teknik, det kan være muligt at observere adfærd fra celler og biomolekyler forbundet med patogenese og identificere mekanismen for sygdomsudvikling. Mange af de konventionelle fluorescerende materialer udsender lys, når de reagerer på ultraviolet (UV) lys eller synligt lys. Imidlertid, fordi biologiske komponenter som hæmoglobin og kropsvæsker absorberer disse typer lys, de kan ikke anvendes til dyb observation af biologiske emner. Nogle fluorescerende materialer er reaktive over for lys ved bølgelængder, der falder ind under et "biologisk optisk vindue, "men de fleste materialer har dårlig selvlysende effektivitet, og få andre med høj selvlysende effektivitet indeholder giftige elementer som bly og kviksølv.

Ved hjælp af siliciumbaserede partikler, fællesgruppen udviklede med succes et fluorescerende materiale, der effektivt kunne producere luminescens ved at reagere på indgående lys ved bølgelængder, der kan sammenlignes med et "biologisk optisk vindue". Brugen af ​​siliciumbaserede fluorescerende materialer i biobilleder var tidligere blevet undersøgt, og der blev fundet nogle problemer, såsom at de har brug for UV -lys for at udøve excitation og effektiv luminescens, og at de har lav lysemitterende effektivitet. I betragtning af disse spørgsmål, den fælles forskningsgruppe udviklede en ny kerne-dobbeltskalstruktur, hvor krystallinske siliciumnanopartikler, tjener som kerner, er belagt med carbonhydridgrupper og et overfladeaktivt stof. To -foton excitationsfluorescensbilleddannelse viste, at krystallinsk silicium udviste effektiv fotoekscitation ved absorption af NIR, og at carbonhydridgrupperne i belægningen øgede emissionskvantumudbyttet. Desuden, overfladeaktivt belægning gjorde det fluorescerende materiale vandopløseligt. Som resultat, det nye materiale muliggjorde effektiv mærkning af målbiomolekyler, og efterfølgende fluorescerende bioimaging af de markerede mål ved hjælp af et NIR -område af stråling, der passerer gennem levende systemer.

I fremtidige undersøgelser, vi sigter mod at opnå fluorescerende bioimaging på et dybt niveau ved hjælp af det nye silicium -fluorescerende materiale, vi udviklede i denne undersøgelse.

En del af denne undersøgelse blev udført i forbindelse med projektet "Molecule &Material Synthesis Platform" ved Nagoya University under "Nanotechnology Platform Japan" -programmet arrangeret af Undervisningsministeriet, Kultur, Sport, Videnskab og teknologi.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i onlineversionen af Nanoskala den 13. april, 2016.