Los investigadores que trabajan para promover la obtención de imágenes útiles para la medicina y la seguridad están aprovechando el mismo fenómeno detrás de la persistente imagen "fantasma" que apareció en las viejas pantallas de televisión.

Un equipo de investigadores de la Universidad Purdue y la Universidad Macquarie en Sydney ha creado una forma de controlar la cantidad de tiempo que permanece la luz de un nanocristal luminiscente. agregando una nueva dimensión de tiempo al color y brillo en la tecnología de detección óptica.

Detección basada en la vida útil de la luz así como en su color específico, o longitud de onda, aumenta exponencialmente el número de combinaciones diferentes que se pueden crear y utilizar como firmas únicas, o etiquetas, para pantallas biomédicas. Las pantallas basadas en esta nueva tecnología podrían identificar miles de moléculas objetivo diferentes simultáneamente, superando con creces los límites actuales de tales pantallas a aproximadamente 20 moléculas diferentes.

"Estos nanocristales pueden formar códigos de combinación, como códigos de barras, para formar una vasta biblioteca de sondas moleculares distinguibles, que se puede utilizar para diagnósticos complejos, "dijo Dayong Jin, el profesor de fotónica en Macquarie que dirigió la investigación. "Podrían usarse para pruebas de detección que pueden identificar de manera más rápida y precisa la causa de la infección, cánceres residuales en una etapa temprana y localizar los objetivos moleculares específicos para las terapias con medicamentos dirigidos ".

Además, la luz emitida por los nuevos nanocristales dura mucho más que la que ocurre naturalmente en los sistemas biológicos, llamado autofluorescencia. Esa diferencia en el tiempo separa claramente la señal del ruido de fondo, dijo J. Paul Robinson, el profesor de citómica en la Facultad de Medicina Veterinaria de Purdue y profesor en la Escuela de Ingeniería Biomédica Weldon de Purdue, quien ayudó a dirigir el estudio durante los últimos cuatro años.

"Los fotones emitidos por estos nanocristales duran 1, 000 veces más largo que los fotones emitidos por sistemas biológicos que causan ruido de fondo, "dijo Robinson, quien también es director de los Laboratorios de Citometría de Purdue. "Los fotones de nanocristales permanecen, al igual que los fotones que creaban las imágenes "fantasma" en las viejas pantallas de televisión que permanecían después de apagar el televisor. Un fenómeno similar está sucediendo en estos nanocristales. Podemos capturar esta señal después de que las demás se hayan oscurecido y obtener una resolución increíble ".

El trabajo del equipo se detalla en un artículo que se publicará en el próximo número de Fotónica de la naturaleza y actualmente está disponible en línea. Jin dirigió el diseño y fabricación de las nanopartículas, que los investigadores llamaron t-Dots. Robinson dirigió el desarrollo del concepto y las pruebas biológicas de la tecnología de detección.

La investigación de Robinson se centra en la citometría de flujo, el análisis de las células contenidas en un líquido que pasa por un rayo láser. El equipo de investigación construyó un sistema de citometría de barrido resuelto en el tiempo que pudo evaluar la vida útil de la luz emitida, así como el color y capturar las señales de τ-Dot.

"Las partículas que contienen estos τ-Dots se pueden adaptar fácilmente para unir diferentes anticuerpos, ", Dijo Robinson." Se podría crear un sistema pequeño y portátil para sondear múltiples patógenos a la vez en bebidas o alimentos ".

El equipo de investigación superó con éxito los nanocristales con una secuencia específica de vidas dentro de los τ-Dots individuales para crear firmas únicas y unió con éxito una proteína a los τ-Dots, lo que les permitió buscar y unirse a Giardia lamblia. él dijo. A continuación, Robinson planea refinar los diseños de los instrumentos de citometría de flujo que pueden leer las firmas de los puntos τ y explorar las aplicaciones biomédicas de las nuevas herramientas de detección.

"La citometría de flujo es una herramienta de diagnóstico que se utiliza en una variedad de aplicaciones, desde la atención médica hasta la seguridad nacional, ", Dijo Robinson." Puede analizar sangre y orina para diagnosticar enfermedades, o puede analizar una muestra tomada de una superficie o del aire mezclado con agua para detectar agentes patógenos o químicos transmitidos por los alimentos. Con las nanoetiquetas τ-Dot ', 'tenemos la capacidad de detectar muchos objetivos a la vez, y sólo se necesitará un pequeño volumen de muestra para obtener una gran cantidad de información en muy poco tiempo ".

Los nanocristales son pequeños grupos de sodio, iones de itrio y fluoruro con trazas añadidas de iones de iterbio y el elemento de las tierras raras que emite azul, el tulio. El ion iterbio sirve como desencadenante de la reacción que controla la fluorescencia de tulio, y los investigadores controlaron el tiempo que se emite esta luz variando la distancia entre los dos.

Cuando un láser golpea un nanocristal, desencadena una reacción que conduce a la emisión de un fotón en una longitud de onda visible, o un estallido de luz visible.

Los τ-Dots también podrían usarse para crear marcas invisibles y casi imposibles de falsificar en documentos, artículos o moneda como medida contra la falsificación, dijo Yiqing Lu, un investigador senior de la Universidad Macquarie en Fotónica.

"Al aplicar τ-Dots a cualquier superficie, podemos dejar un mensaje secreto o una marca en cualquier producto, que solo será revelado por un escáner especialmente diseñado, ", Dijo Lu." Esto tiene un gran potencial para confirmar la autenticidad de cualquier producto, desde medicamentos hasta suministros médicos de mensajería ".

El equipo de investigación de Macquarie está investigando esta aplicación, así como la capacidad de superponer los τ-Dots para crear un almacenamiento de datos de mayor densidad. él dijo.