Los grupos de investigación de NIMS MANA y un grupo de investigación de la Universidad de Nagoya desarrollaron conjuntamente un material fluorescente de silicio que tiene una toxicidad muy baja y una alta eficiencia de luminiscencia. en comparación con los materiales convencionales. Bajo radiación infrarroja cercana (NIR) en longitudes de onda de 650 a 1, 000 nm, el rango conocido como la "ventana óptica biológica", que es capaz de atravesar sistemas vivos, el grupo conjunto logró realizar bioimágenes utilizando este nuevo material.

Un grupo de investigación en el Centro Internacional NIMS para Materiales Nanoarquitectónicos (MANA), dirigido por la investigadora principal de MANA, Françoise Winnik, un investigador postdoctorado de MANA Sourov Chandra, un grupo de investigación dirigido por el científico independiente de MANA Naoto Shirahata, y un grupo de investigación formado por el profesor Yoshinobu Baba y el profesor asistente Takao Yasui, Escuela de Graduados en Ingeniería, Universidad de Nagoya, desarrollaron conjuntamente un material fluorescente de silicio que es muy bajo en toxicidad y alta en eficiencia de luminiscencia, en comparación con los materiales convencionales. Bajo radiación infrarroja cercana (NIR) en longitudes de onda de 650 a 1, 000 nm, el rango conocido como la "ventana óptica biológica", que es capaz de atravesar sistemas vivos, el grupo conjunto logró la bioimagen utilizando el nuevo material por primera vez en el mundo.

La bioimagen de fluorescencia se refiere a la visualización de células y otros tejidos biológicos que son invisibles a simple vista. marcándolos visibles con un material fluorescente. La técnica permite la observación in vivo de la distribución y el comportamiento de las células vivas en tiempo real. Mediante la aplicación de esta técnica, puede ser factible observar el comportamiento de las células y biomoléculas relacionadas con la patogénesis e identificar el mecanismo de desarrollo de la enfermedad. Muchos de los materiales fluorescentes convencionales emiten luz cuando reaccionan a la luz ultravioleta (UV) o la luz visible. Sin embargo, porque los componentes biológicos como la hemoglobina y los fluidos corporales absorben este tipo de luz, no son aplicables para la observación profunda de materias biológicas. Algunos materiales fluorescentes son reactivos a la luz en longitudes de onda que caen bajo una "ventana óptica biológica, "pero la mayoría de los materiales tienen poca eficiencia luminiscente, y pocos otros con alta eficiencia luminiscente contienen elementos tóxicos como plomo y mercurio.

Usando partículas a base de silicio, el grupo conjunto desarrolló con éxito un material fluorescente capaz de producir luminiscencia de manera eficiente al reaccionar a la luz entrante en longitudes de onda comparables a una "ventana óptica biológica". El uso de materiales fluorescentes a base de silicio en bioimagen se había estudiado previamente, y se encontraron algunos problemas como que necesitan luz ultravioleta para ejercer la excitación y la luminiscencia eficiente, y que tienen una baja eficiencia de emisión de luz. En vista de estos problemas, El grupo de investigación conjunto desarrolló una nueva estructura de núcleo y doble capa en la que las nanopartículas de silicio cristalino, sirviendo como núcleos, están recubiertos con grupos hidrocarbonados y un tensioactivo. Las imágenes de fluorescencia de excitación de dos fotones demostraron que el silicio cristalino exhibía una fotoexcitación eficiente al absorber NIR, y que los grupos hidrocarbonados en el revestimiento aumentaron el rendimiento cuántico de emisión. Es más, el revestimiento de tensioactivo hizo que el material fluorescente fuera soluble en agua. Como resultado, el nuevo material permitió el marcado eficiente de biomoléculas objetivo, y la posterior bioimagen fluorescente de los objetivos marcados utilizando un rango de radiación NIR que atraviesa los sistemas vivos.

En estudios futuros, Nuestro objetivo es lograr bioimágenes fluorescentes a un nivel profundo utilizando el nuevo material fluorescente de silicio que desarrollamos en este estudio.

Una parte de este estudio se realizó en relación con el proyecto "Plataforma de síntesis de moléculas y materiales" de la Universidad de Nagoya en el marco del programa "Plataforma de nanotecnología de Japón" organizado por el Ministerio de Educación. Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología.

Este estudio fue publicado en la versión en línea de Nanoescala el 13 de abril 2016.