Onderzoekers hebben een baanbrekende ontdekking gedaan bij het identificeren van 's werelds meest gevoelige nanodeeltje en het op afstand meten met behulp van licht. Deze superheldere, fotostabiele en achtergrondvrije nanokristallen maken een nieuwe benadering mogelijk van zeer geavanceerde detectietechnologieën met behulp van optische vezels.

Deze ontdekking, door een team van onderzoekers van Macquarie University, de Universiteit van Adelaide, en Peking Universiteit, maakt de weg vrij voor snelle lokalisatie en meting van cellen in een leefomgeving op nanoschaal, zoals de veranderingen in een enkele levende cel in het menselijk lichaam als reactie op chemische signalen.

Gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie vandaag, het onderzoek schetst een nieuwe benadering van geavanceerde detectie die is gefaciliteerd door het samenbrengen van een specifieke vorm van nanokristal, of "SuperDot" met een speciaal soort optische vezel die licht in staat stelt te interageren met kleine (nanoschaal) vloeistofvolumes.

"Tot nu toe, het meten van een enkel nanodeeltje zou vereisen dat het in een zeer omvangrijke en dure microscoop zou worden geplaatst, " zegt professor Tanya Monro, Directeur van het Institute for Photonics and Advanced Sensing (IPAS) van de University of Adelaide en ARC Australian Laureate Fellow. "Voor de eerste keer, we hebben een enkel nanodeeltje kunnen detecteren aan het ene uiteinde van een optische vezel vanaf het andere uiteinde. Dat opent allerlei mogelijkheden in sensing."

"Met behulp van optische vezels kunnen we op veel plaatsen komen, zoals in de levende menselijke hersenen, naast een zich ontwikkelend embryo, of in een slagader? locaties die niet toegankelijk zijn voor conventionele meetinstrumenten.

"Deze vooruitgang maakt uiteindelijk de weg vrij voor doorbraken in de medische behandeling. door de reactie van een cel in realtime op een kankermedicijn te meten, kunnen artsen op het moment dat de behandeling wordt gegeven zien of een persoon al dan niet op de therapie reageert."

De prestatie van detectie op enkelvoudig moleculair niveau was eerder beperkt door zowel onvoldoende signaalsterkte als interferentie van achtergrondruis. De speciale optische vezel die bij IPAS is ontwikkeld, bleek ook nuttig bij het begrijpen van de eigenschappen van nanodeeltjes. "Materiaalwetenschappers staan ​​voor een enorme uitdaging om de helderheid van nanokristallen te vergroten, " zegt dr. Jin, ARC Fellow aan de Advanced Cytometry Laboratories van Macquarie University. "Met behulp van deze optische vezels, echter, we hebben ongekend inzicht gekregen in de lichtemissie. Nutsvoorzieningen, duizenden zenders kunnen worden opgenomen in een enkele SuperDot - het creëren van een veel helderder, en gemakkelijker detecteerbaar nanokristal."

Onder infrarood verlichting, deze SuperDots produceren selectief helderblauw, rood en infrarood licht, met een duizelingwekkende duizend keer meer gevoeligheid dan bestaande materialen. "Noch het glas van de optische vezel, noch andere biologische achtergrondmoleculen reageren op infrarood, zodat het probleem met het achtergrondsignaal is verwijderd. Door deze SuperDots te prikkelen, konden we de detectielimiet verlagen tot het ultieme niveau - een enkel nanodeeltje, " zegt Jin.

"Het transdisciplinaire onderzoek van meerdere instellingen heeft de weg vrijgemaakt voor deze innovatieve ontdekking, " zegt Jin, "met de interface van experts in nanomaterialen, fotonica techniek, en biomoleculaire grenzen."

"Deze gezamenlijke inspanningen zullen uiteindelijk patiënten over de hele wereld ten goede komen - bijvoorbeeld onze industriepartners Minomic International Ltd en Patrys Ltd ontwikkelen toepassingen voor SuperDots™ in kankerdiagnosekits, het detecteren van ongelooflijk lage aantallen biomarkers binnen aandoeningen zoals prostaat- en multipel myeloomkanker." Macquarie is nu actief op zoek naar andere industriële partners met de capaciteit om gezamenlijk oplossingen te ontwikkelen buiten deze gebieden.