Een interdisciplinair onderzoeksteam van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign heeft een nieuw materiaalcomposiet ontwikkeld dat is afgeleid van kwantumstippen. Deze lipoproteïne-nanoplaatjes worden snel door cellen opgenomen en behouden hun fluorescentie, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor het afbeelden van cellen en het begrijpen van ziektemechanismen.

"Quantum dots worden op grote schaal onderzocht vanwege hun unieke fysieke, optisch, en elektronische eigenschappen, " legde Andrew M. Smith uit, een assistent-professor bio-engineering in Illinois. "Hun belangrijkste kenmerk is helder, stabiele lichtemissie die kan worden afgestemd op een breed scala aan kleuren. Dit heeft ze bruikbaar gemaakt voor diverse toepassingen als beeldvormende middelen en moleculaire sondes in cellen en weefsels en als lichtemitterende componenten van LED's en tv's."

"Deze studies zijn het eerste voorbeeld van platte kwantumstippen, nanobloedplaatjes genoemd, in biologische systemen, " zei Smit, wiens werk is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society . "We hebben een uniek nanodeeltje ontwikkeld dat plat is, als een schijf, en ingekapseld in een biologisch deeltje. Deze zijn afgeleid van kwantumstippen en zenden op dezelfde manier licht uit, echter, ze hebben een hele reeks interessante optische en structurele eigenschappen vanwege hun vorm. Hun lichtabsorberende en lichtemitterende eigenschappen liggen dichter bij die van kwantumbronnen, dat zijn dunne lagen die worden gebruikt om lasers te maken. We ontdekken dat deze deeltjes op unieke wijze heel snel cellen binnendringen en we gebruiken ze als sensoren in levende cellen."

"Het nieuwe colloïdale materiaal is een hybride tussen een anorganische kwantumbron en een organische nanoschijf samengesteld uit fosfolipiden en lipoproteïnen, " legde Sung Jun Lim uit, een postdoctoraal onderzoeker in Smith's onderzoeksgroep en eerste auteur van het artikel, "Lipoproteïne Nanoplatelets:helder fluorescerend, Zwitterionische sondes met snelle cellulaire invoer." "De fosfolipiden binden aan de platte vlakken op de nanobloedplaatjes en lipoproteïnen binden aan gebogen randen om de deeltjes homogeen in biocompatibele materialen te vangen. Ze hebben stabiliteit op lange termijn in biologische buffers en oplossingen met een hoog zoutgehalte en zijn zeer fluorescerend, met een helderheid die vergelijkbaar is met kwantumdots, gemeten in een oplossing of op het niveau van één molecuul in een microscoop."

Volgens Smit, deze deeltjes zijn vooral nuttig voor beeldvorming met één molecuul, waar kwantumdots de grootste impact hebben gemaakt vanwege hun unieke combinatie van hoge lichtemissiesnelheid en compacte afmetingen. Quantum dots hebben onlangs de ontdekking mogelijk gemaakt van een groot aantal nieuwe biologische processen die verband houden met de menselijke gezondheid en ziekte.

"We denken dat de nieuwe mogelijkheden van nanobloedplaatjes waardevol zijn voor het afbeelden van biologische moleculen en cellen, maar het was voorheen een uitdaging om deze nanokristallen in biologische media te stabiliseren omdat hun ongebruikelijke afmetingen ervoor zorgen dat ze aan elkaar blijven plakken, aggregaat, en fluorescentie verliezen. Deze nieuwe klasse nanobloedplaatjes lost deze problemen op en ze zijn stabiel onder barre biologische omstandigheden omdat ze zijn ingekapseld in lipoproteïnen.

"We verwachten dat dit nieuwe materiaalcomposiet zal onthullen, op het niveau van één molecuul, hoe platte materialen interageren met biologische systemen, " voegde Smith toe. "De unieke bevinding van snelle cellulaire invoer suggereert dat deze materialen onmiddellijk nuttig kunnen zijn voor cellulaire labelingstoepassingen om sterk gemultiplexte spectrale codering van cellulaire identiteit mogelijk te maken, zodat we uitgezaaide kankercellen in het lichaam kunnen volgen. Er is ook gevonden dat unieke vormen van nanodeeltjes efficiënter zijn voor het afleveren van medicijnen aan tumoren in vergelijking met standaard bolvormige deeltjes, dus we zijn dit ook aan het onderzoeken.