Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een nieuwe klasse van lichtemitterende kwantumdots (QD's) geïntroduceerd met instelbare en gelijkmatige fluorescentiehelderheid over een breed scala aan kleuren. Dit resulteert in nauwkeurigere metingen van moleculen in ziek weefsel en verbeterde kwantitatieve beeldvormingsmogelijkheden.

"In dit werk, we hebben twee belangrijke vorderingen gemaakt:het vermogen om de helderheid van lichtemitterende deeltjes, kwantumdots genaamd, nauwkeurig te regelen, en de mogelijkheid om meerdere kleuren even helder te maken, " legde Andrew M. Smith uit, een assistent-professor bio-engineering in Illinois. "Voorheen had lichtemissie een onbekende overeenkomst met het molecuulnummer. Nu kan het nauwkeurig worden afgestemd en gekalibreerd om specifieke moleculen nauwkeurig te tellen. Dit zal met name nuttig zijn voor het begrijpen van complexe processen in neuronen en kankercellen om ons te helpen ziektemechanismen te ontrafelen, en voor het karakteriseren van cellen uit ziek weefsel van patiënten."

"Fluorescerende kleurstoffen worden al bijna een eeuw gebruikt om moleculen in cellen en weefsels te labelen. en hebben ons begrip van cellulaire structuren en eiwitfunctie gevormd. Maar het is altijd een uitdaging geweest om kwantitatieve informatie te extraheren omdat de hoeveelheid licht die door een enkele kleurstof wordt uitgestraald onstabiel en vaak onvoorspelbaar is. Ook de helderheid varieert drastisch tussen verschillende kleuren, wat het gebruik van meerdere kleurstofkleuren tegelijk bemoeilijkt. Deze attributen verdoezelen correlaties tussen gemeten lichtintensiteit en concentraties van moleculen, " verklaarde Sung Jun Lim, een postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur van het artikel, "Helderheid-geëgaliseerde Quantum Dots, " deze week gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Volgens de onderzoekers is deze nieuwe materialen zullen vooral belangrijk zijn voor beeldvorming in complexe weefsels en levende organismen waar er een grote behoefte is aan kwantitatieve beeldvormingstools, en kan een consistent en afstembaar aantal fotonen per gelabeld biomolecuul leveren. Ze zullen naar verwachting ook worden gebruikt voor nauwkeurige kleurafstemming in lichtgevende apparaten en displays, en voor foton-on-demand encryptietoepassingen. Dezelfde principes moeten van toepassing zijn op een breed scala van halfgeleidende materialen.

"Het vermogen om de helderheid en kleur van de QD-fluorescentie onafhankelijk af te stemmen, is nooit eerder mogelijk geweest, en deze BE-QD's bieden nu deze mogelijkheid, " zei Lim. "We hebben nieuwe principes voor materiaaltechnologie ontwikkeld waarvan we verwachten dat ze een breed scala aan nieuwe optische mogelijkheden zullen bieden, laat kwantitatieve veelkleurige beeldvorming in biologisch weefsel toe, en de kleurafstemming in lichtgevende apparaten te verbeteren. In aanvulling, BE-QD's behouden hun gelijke helderheid in de loop van de tijd, terwijl conventionele QD's met niet-overeenkomende helderheid in de loop van de tijd verder niet-overeenkomend worden. Deze kenmerken zouden moeten leiden tot nieuwe LED's en weergaveapparaten, niet alleen met nauwkeurig op elkaar afgestemde kleuren - betere kleurnauwkeurigheid en helderheid - maar ook met verbeterde prestaties, levensduur en verbeterd fabricagegemak." QD's worden al gebruikt in weergaveapparaten (bijv. Amazon Kindle en een nieuwe Samsung-tv).