Investigadores de UTS, como parte de una gran colaboración internacional, han logrado un gran avance en el desarrollo de compactos, Microscopía óptica práctica y de bajo costo para lograr imágenes de súper resolución a una escala 10 veces más pequeña que la que se puede lograr actualmente con la microscopía convencional.

Este descubrimiento supera dos obstáculos, el costo y el calor, que limitan el desarrollo de imágenes de súper alta resolución para que los investigadores biológicos y biomédicos puedan realizar un examen detallado de células y organismos vivos.

Los hallazgos del equipo de investigación, reportado en Naturaleza , muestran que las nanopartículas luminiscentes brillantes se pueden encender y apagar utilizando un rayo láser infrarrojo de baja potencia.

Profesor Dayong Jin de UTS, un investigador principal del proyecto, dijo que el uso de un rayo láser de baja potencia era la clave para resolver los problemas de los cuellos de botella gemelos de costo y calor.

"En la actualidad, para activar y desactivar cada píxel individual para obtener imágenes de superresolución, necesitas un láser voluminoso con mucha potencia, "Dijo el profesor Jin.

"El láser de alta potencia significa que terminará con equipos muy costosos, típicamente más de $ 1 millón. Y con un láser de tan alta potencia brillando sobre una frágil muestra biológica, la muestra se vuelve esencialmente "cocida".

"Reducir significativamente el requisito de energía elimina la necesidad de láseres voluminosos y costosos y lo hace mucho más biocompatible".

El uso de nanopartículas similares a lámparas para bioimágenes de superresolución es un desarrollo relativamente reciente que ha atraído una amplia atención a nivel internacional. Las nanopartículas actúan como sondas moleculares para iluminar las estructuras subcelulares. Sin embargo, las limitaciones fundamentales de la luz restringen el tamaño mínimo de los píxeles de la imagen a aproximadamente 200 nm, aproximadamente la mitad de una longitud de onda de excitación e insuficiente para visualizar muchas estructuras biológicas de interés.

Esta nueva investigación muestra que las nanopartículas de hasta 13 nm de tamaño, posiblemente incluso más pequeño, se puede visualizar en una nueva forma de nanoscopía óptica en la que se suprime la luminiscencia no deseada mediante un láser infrarrojo de baja potencia.

El profesor Jin fue ganador conjunto del Premio Eureka 2015 a la Excelencia en Investigación Científica Interdisciplinaria por su trabajo en el desarrollo de nanocristales conocidos como Super Dots y es director de la Iniciativa UTS para Materiales y Dispositivos Biomédicos (IBMD). Él y sus estudiantes y colaboradores han estado trabajando en tecnología fotónica a nanoescala durante varios años.

"Estamos interesados ​​en realizar una investigación centrada en soluciones que ofrezca potencial para la industria. Identificamos los problemas clave en el campo, encontrar una solución y avanzar a los siguientes pasos hacia la traducción tecnológica, "Dijo el profesor Jin.

"Para hacer eso, necesita encontrar el socio adecuado con habilidades complementarias, construir una relación basada en la confianza y llevarla con perseverancia como lo hemos hecho durante los seis años que ha llevado completar esta investigación ".

Dijo que esta nueva herramienta abre oportunidades para comprender cómo funciona la máquina de vida, de forma no invasiva, es de esperar que conduzca a una mejor comprensión de los patógenos y enfermedades de resistencia a los antibióticos, y el sistema inmunológico.

Profesor Jim Piper, de la Universidad Macquarie y el Centro de Excelencia ARC para Biofotónica a nanoescala, fue co-investigador en el estudio Nature. Dijo que los hallazgos de la investigación fueron emocionantes porque estas nanopartículas tienen "propiedades únicas que permitirán a los investigadores ver más profundamente y con mayor claridad a nivel celular e intracelular, donde las proteínas, los anticuerpos y las enzimas, en última instancia, dirigen la maquinaria de la vida ".

"Lo que hemos hecho es ilustrar que las nanopartículas diminutas ofrecen un potencial sustancial como una nueva generación de sondas luminiscentes para la nanoscopia óptica. Esto abre una vía completamente nueva en el estudio de los procesos biológicos vivos".

Profesor asociado Peng Xi de la Universidad de Pekín, un investigador líder en microscopía de superresolución, dijo, "Después del premio Nobel en 2014, la atención de la comunidad de superresolución se ha centrado en el desarrollo de técnicas que sean compatibles con células vivas. Nuestras nanopartículas de tierras raras recientemente desarrolladas reducen el requisito de láser de alta potencia en dos o tres órdenes de magnitud, lo que permite la amplia aplicación de esta tecnología en células vivas y reduce drásticamente el costo y la complejidad del sistema ".

La investigación de "Emisión estimulada amplificada en nanopartículas de conversión ascendente para nanoscopia de superresolución" fue realizada por científicos de UTS, Universidad Macquarie, Universidad de Pekín y Universidad Jiao-tong de Shanghai.