Nanocristales novedosos con propiedades ópticas avanzadas desarrolladas para su uso como biomarcadores luminiscentes

Abril 24, 2016 Admin Salud 0 35
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Materiales de emisión de conversión ascendente son ideales para Bioimaging debido a su eficacia como agentes de contraste para la detección de células cancerosas, más cuando la emisión de los tejidos no tumorales de fondo puede ser minimizado. Estos materiales se pueden utilizar como biomarcadores para el etiquetado luminiscente de las células cancerosas. Tejidos opacos pueden ser procesados ​​en sustancias vítreos transparentes utilizando estos biomarcadores que se basan en la excitación del infrarrojo cercano.

El equipo de investigación de Singapur dirigido por el profesor Asociado Xiaogang Liu y sus co-investigadores de Arabia Saudita y China ha tenido éxito en el desarrollo de un proceso de conversión ascendente eficaz en nanopartículas, lo que garantiza una amplia capacidad de ajuste de emisión de luz que podría ser utilizado en aplicaciones formación de imágenes. Encontraron una estructura química que puede exhibir propiedades de conversión ascendente eficientes a través de una disposición especial de los niveles de energía. Su síntesis de nanocristales de núcleo-corteza dopados con lantánidos que resultó en propiedades ópticas avanzadas capaces de controlar la luz, ha demostrado ser un nuevo enfoque.

Para aplicaciones de detección, que separa las señales ópticas desde el fondo puede ser difícil cuando la señal y el ruido se produce la misma longitud de onda. Este problema puede ser resuelto con la conversión ascendente - un proceso óptico no lineal - en la que dos fotones de baja energía de un haz incidente se pueden convertir en un solo fotón de mayor energía, que luego se puede distinguir fácilmente del fondo.




La capacidad de convertir la luz utilizando estos nanomateriales para calefacción también ofrece prometedoras aplicaciones en la terapia fotodinámica y la administración de fármacos.

El trabajo del Prof. Asoc Liu y el equipo ha sido reportada en Nature Materials el 23 de octubre de 2011. Su equipo está formado por el investigador Dr. Feng Wang y estudiantes de posgrado Renren Deng y Juan Wang en el Departamento (NUS) Universidad Nacional Química Singapur. Trabajaron junto con investigadores de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología y Fujian Instituto de Estudios de la Estructura de la Materia. Asoc Prof. Liu Feng Wang y el doctor también son científicos del Instituto de Investigación de Materiales e Ingeniería (IMRE), un instituto de investigación de la Agencia de Singapur para la Ciencia, Tecnología e Investigación (A * STAR).

El trabajo de investigación publicado fue financiado por A * STAR de Singapur y el Ministerio de Educación.

Un nuevo enfoque para la detección del cáncer

El grupo de investigación se centra en el control de las propiedades ópticas de los nanomateriales por dopaje metales de tierras raras en estructuras cerradas capa por capa. Las nanopartículas cáscara puede ser dopados con diferentes metales de tierras raras, lo que resulta en una amplia cuestión tunability con elevación de frecuencia.

La producción de nanopartículas con emisividad ajustable, que también deberían tener una baja toxicidad, los investigadores hicieron un gran salto en el desarrollo de materiales de conversión ascendente.

Su enfoque consiste en el diseño de nanopartículas núcleo-envoltura que separa el proceso de conversión ascendente de la de la emisión de luz. Los fotones son absorbidos en el núcleo de las nanopartículas y se procesan en electrones excitados, después de lo cual cascada desde el núcleo de las nanopartículas en el estado excitado de los dopantes de tierras raras en la cáscara. Una vez allí, estos electrones se relajan y emiten luz.

Aunque esta transferencia de energía es secuencial sido estudiado para algunas nanopartículas de semiconductores y nanocables para aplicaciones de energía solar, no ha sido hecho antes de nanopartículas de dopado de tierras raras.

Asoc Prof. Liu destacó que el esfuerzo para encontrar la conversión ascendente de iones que emiten en una región espectral amplia ha sido hasta ahora sin éxito. Esto es debido a una conversión ascendente de fotones eficiente se limita generalmente a un pequeño número de iones lantánidos con la señal de luz emitida detectable a simple vista.

Al explicar su enfoque exitoso, Asoc Prof. Liu dijo: "Llevamos a cabo la conversión ascendente de fotones de una serie de raras conversión ascendente de metales de las tierras de fotones de baja energía se convierte en el infrarrojo cercano luz en energía superior hace visible con el diseño y la química racional síntesis de un core-shell. nanoestructura ".

Asoc Prof. Liu y su equipo prepararon nanopartículas que podrían demostrar emisión conversión ascendente que van desde el violeta, azul, verde a rojo amarillo, con longitudes de onda de excitación significativamente más largo infrarrojos hasta 980 nm. Un aspecto importante del uso de la luz con una longitud de onda de 980 nm es tal que la transparencia de los tejidos vivos es alta en el infrarrojo. Esto aumenta las posibilidades para el uso de estas nanopartículas para la detección de cáncer. Además, los colores de emisión que se muestran en esta investigación pueden ser explotados para un diagnóstico biológico de aplicación más fiables, por ejemplo, los marcadores de varias celdas.

Oportunidades para el uso más amplio

La capacidad de convertir de baja energía en el infrarrojo cercano energía de emisión de una manera más visible, con bajos niveles de toxicidad para las células, y la facilidad de procesamiento, se convertirá en cristales dopados lantánidos materiales de tamaño nanométrico ideal para muchas aplicaciones.

Según el grupo de NUS, los resultados indican que una "biblioteca" grande de nanocristales de conversión ascendente luminiscentes con huellas espectroscópicas distinguibles ahora se puede establecer. Cuando se combina con moléculas biológicas, estos nanomateriales podrían proporcionar una plataforma para una ruta rápida y fiable para la detección múltiplex de cáncer u otras enfermedades. La capacidad de estos nanomateriales para inducir la liberación de fármacos para el control de la luz para la entrega específica de sitio también es un buen augurio para la medicina del futuro - menos o reducción de los efectos secundarios se pueden esperar en forma de cristales dopados con lantánidos se han probado para ser no tóxicos.

"Este trabajo me ha hecho seguro que veremos nuevas aplicaciones para estas partículas pronto", dice Thomas Nann, profesor de investigación de la Universidad de Australia del Sur, cuya investigación está en este mismo campo. Prof Nann añade que "up-conversion nanopartículas son materiales con un enorme potencial para su aplicación. Sin embargo, debido a la necesidad de una rigurosa selección iones utilizables hasta la conversión, la ciencia parecía haber hecho ningún progreso durante algún tiempo antes de este descubrimiento."

Asoc Prof Liu y otros investigadores observaron la singularidad de su diseño, que es el uso de nanoestructuras de núcleo-corteza y los iones de gadolinio para la migración de la energía que aumenta la capacidad de producir una amplia gama de nanocristales dopados con lantánidos para producir luminiscencia convertida por elevación .

"Beneficiándose sub-red de iones de gadolinio como una red para la migración de la energía, estas nanopartículas juiciosamente diseñados iluminan esos iones menos utilizadas lantánidos tales como terbio, europio y samario bajo excitación infrarrojo cercano", dice el profesor Chun-Hua Yan, profesor de química y científico conocido en el mismo campo en la Universidad de Pekín, China. Añadir, Prof. Yan dice: "Yo creo que este modelo, con su versatilidad y originalidad, crecerá significativamente conversión ascendente materiales disponibles en la actualidad, y tendrá un impacto significativo en áreas como biolabelling luminiscente, almacenamiento de datos multiplex y la pantalla."

El grupo de Singapur ha presentado recientemente una patente para su descubrimiento revolucionario. Actualmente, está trabajando con los médicos para desarrollar modelos de diagnóstico clínico para el uso en una manera práctica.

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