Un nuevo método de la Universidad de Rice para la obtención de imágenes médicas utiliza una luz intensa de una matriz de LED y un detector de fotodiodos de avalancha para señalar la ubicación de los tumores que han sido marcados por nanotubos de carbono dirigidos a anticuerpos. El método puede detectar la fluorescencia de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) a través de hasta 20 milímetros de tejido. Crédito:Weisman Lab / Rice University
Bañar a un paciente con luz LED puede ofrecer algún día una nueva forma de localizar tumores, según investigadores de la Universidad de Rice.
El sistema de triangulación espectral desarrollado por el químico de Rice Bruce Weisman y sus colegas está destinado a identificar tumores de cáncer específicos marcados con nanotubos de carbono ligados a anticuerpos. Se describe en un artículo de la revista Royal Society of Chemistry. Nanoescala .
Debido a que la absorción de luz infrarroja de onda corta en los tejidos varía con su longitud de onda, El análisis espectral de la luz que atraviesa la piel puede revelar la profundidad del tejido a través del cual ha pasado esa luz. Esto permite deducir las coordenadas tridimensionales de la baliza de nanotubos a partir de un pequeño conjunto de medidas ópticas no invasivas.
La técnica de Rice se basa en el hecho de que los nanotubos de carbono de pared simple emiten fluorescencia de forma natural en longitudes de onda infrarroja de onda corta cuando se excitan con luz visible. Un detector altamente sensible llamado fotodiodo de avalancha de InGaAs (arseniuro de galio indio) hizo posible leer señales débiles de nanotubos de hasta 20 milímetros de profundidad en el tejido simulado utilizado para las pruebas de laboratorio.
"Estamos usando un detector inusualmente sensible que no se ha aplicado antes a este tipo de trabajo, "dijo Weisman, un pionero reconocido por su descubrimiento e interpretación de la fluorescencia del infrarrojo cercano a partir de nanotubos de pared simple.
"Este fotodiodo de avalancha puede contar fotones en el infrarrojo de onda corta, que es un rango espectral desafiante para los sensores de luz. El objetivo principal es ver qué tan bien podemos detectar y localizar las emisiones de concentraciones muy pequeñas de nanotubos dentro de los tejidos biológicos. Esto tiene aplicaciones potenciales en el diagnóstico médico ".
El uso de diodos emisores de luz para excitar los nanotubos es efectivo y económico. Dijo Weisman. "Es relativamente poco convencional usar LED, ", dijo." En cambio, los láseres se utilizan comúnmente para la excitación, pero los rayos láser no pueden enfocarse dentro de los tejidos debido a la dispersión. Bañamos la superficie del espécimen con luz LED desenfocada, que se difunde a través de los tejidos y excita los nanotubos en su interior ".
Los investigadores de la Universidad de Rice han creado una nueva forma de identificar la ubicación de los tumores cancerosos utilizando una luz LED potente, un detector único y nanotubos dirigidos. Desde la izquierda:Bruce Weisman, Michael Vu, Kathleen Beckingham, Ching-Wei Lin y Sergei Bachilo. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Una pequeña sonda óptica montada en el marco de una impresora 3-D sigue un patrón programado por computadora mientras la sonda toca suavemente la piel para hacer lecturas en puntos de la cuadrícula espaciados unos pocos milímetros.
Antes de llegar al detector, la luz de los nanotubos es absorbida en parte por el agua a medida que viaja a través de los tejidos. Weisman y su equipo lo utilizan a su favor. "Una búsqueda bidimensional nos dice las coordenadas X e Y del emisor, pero no Z:la profundidad, ", dijo." Eso es algo muy difícil de deducir de un escaneo de superficie ".
La triangulación espectral supera la limitación. "Aprovechamos el hecho de que diferentes longitudes de onda de emisión de nanotubos se absorben de manera diferente a través del tejido, ", Dijo Weisman." El agua (en el tejido circundante) absorbe las longitudes de onda más largas que provienen de los nanotubos con mucha más fuerza que las longitudes de onda más cortas.
"Si detectamos nanotubos cerca de la superficie, las emisiones de longitud de onda larga y corta son relativamente similares en intensidad. Decimos que el espectro no se ve afectado.
"Pero si la fuente de emisión es más profunda, el agua en ese tejido absorbe las longitudes de onda más largas preferentemente a las longitudes de onda más cortas, ", dijo." Así que el equilibrio entre las intensidades de las longitudes de onda corta y larga es un criterio para medir la profundidad de la fuente. Así es como obtenemos la coordenada Z ".
El detector ahora se está probando en el laboratorio del Dr. Robert Bast, experta en cáncer de ovario y vicepresidenta de investigación traslacional del MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas.
"Nos da la oportunidad de luchar para ver los nanotubos más profundamente dentro de los tejidos porque muy poca luz que emiten los nanotubos llega a la superficie". ", Dijo Weisman." Hemos podido detectar más profundamente en los tejidos de lo que creo que nadie más ha informado ".
