Новые биосовместимые наночастицы просвечивают через 3 сантиметра биологической ткани, демонстрируя потенциал нанотехнологий в биомедицинском сканировании.

Международная группа ученых создала уникальные фотолюминесцентные наночастицы, которые ярко светят и видны даже под трехсантиметровой биологической тканью, то есть на глубине, которая делает их многообещающим инструментом для оптического биосканирования тканей.

Хотя оптическое сканирование — технология удобная и недорогая, обычно используемая в сфере биомедицины, современные технологии недостаточно глубоко исследуют ткань.

Так формируется потребность в разработке новых подходов, которые обеспечивают высококонтрастное оптическое биосканирование с высоким разрешением, которое медики и ученые могут использовать для идентификации опухолей и других аномалий глубоко под кожей.

Недавно разработанные наночастицы состоят из нанокристаллического ядра, содержащего тулий, натрий, иттербий и фтор, каждый из которых заключен в квадратную раковину из фтора и кальция.

Частицы являются особенными по ряду причин.

• Во-первых, они поглощают и испускают околоинфракрасный свет с намного более короткой длиной волны, чем поглощенный свет. Это отличается от того, как молекулы в биологических тканях поглощают и испускают свет, и, следовательно, ученые могут использовать наночастицы для получения более глубоких контрастных изображений, нежели традиционные основанные на флуоресценции методы.
• Во-вторых, материал для раковин — фтористый кальций — является веществом, содержащимся в минерале зубов и костях. Он делает частицы биосовместимыми, сокращая риск негативного воздействия наночастиц на организм. Раковина, как выяснилось, значительно повышает эффективность фотолюминесценции.

Чтобы испускать свет, наночастицы используют процесс NIR-to-NIR (near-infrared-to-near-infrared up-conversion) или преобразование околоинфракрасного в околоинфракрасное. В ходе данного процесса частицы поглощают пары фотонов и объединяют их в одиночные высокоэнергетические фотоны, которые затем испускаются.

Одна из причин того, что данный процесс идеально подходит для оптического сканирования, в том, что

частицы поглощают и испускают свет в околоинфракрасной области электромагнитного спектра, что помогает сократить второстепенное взаимодействие. Эта область спектра известна как окно оптической прозрачности для биологической ткани, поскольку биологическая ткань поглощает и рассеивает свет как минимум в этом диапазоне.

Ученые протестировали частицы в ходе экспериментов на мышах, а также визуальное отображение капсулы, полной частиц, через кусок свинины толщиной более 3 см. В каждом случае ученые сумели получить яркие высококонтрастные изображения частиц, сияющих сквозь ткань.

Результаты исследования опубликованы в издании ACS Nano.