Квантовые точки научили «идеальной» флуоресценции — Naked Science
7 минут
Редакция

Квантовые точки научили «идеальной» флуоресценции

Группа ученых из США и Германии разработала и испытала новую технику визуализации тканей и органов живых организмов в ближнем инфракрасном диапазоне.

giphy_1
©Wikipedia

Многие существующие техники биовизуализации, в частности томографии и микроскопии, основаны на флуоресцентных метках. Свечение флуоресцентного белка или красителя позволяет наблюдать за отдельными клетками на молекулярном уровне и системными процессами на уровне организма. Однако регистрация флуоресценции сопряжена с рядом трудностей: так, излучение меток поглощается и рассеивается образцами, сильно снижая разрешение и чувствительность метода. Более перспективным считается излучение в ближнем инфракрасном диапазоне (с длиной волны от одного до двух микрометров). Оно слабо рассеивается и поглощается, кроме того, этот диапазон не предусматривает автофлуоресценции образцов. Тем не менее подходящих источников подобного излучения до сих пор не существовало.

 

В 2016 году сотрудники Массачусетского технологического института разработали новый класс квантовых точек на базе арсенида индия (InAs) — они способны излучать волны нужной длины и при этом пригодны для адаптации к биологическим приложениям. Квантовые точки представляют собой полупроводниковые нанокристаллы, одним из свойств которых является флуоресценция в широкой области спектра. Они также отличаются высокой фотостабильностью и яркостью, а спектральные характеристики квантовых точек связаны с их размером, что упрощает манипуляции. В новой работе ученые покрыли нанокристаллы InAs оболочкой из других материалов и получили несколько сортов частиц, излучающих волны различной длины в заданном диапазоне. Затем их использовали как флуоресцентные метки тремя способами для наблюдения разных процессов.

 

Квантовые точки в трех приложениях: регистрация физиологических показателей (мицеллы), мониторинг метаболизма (наносомы) и ангиография (композитные частицы) / ©Oliver T. Bruns et al., Nature Biomedical Engineering, 2017

 

На первом этапе из квантовых точек изготовили фосфолипидные мицеллы, которые могут долгое время перемещаться по кровотоку. Введение меток мышам позволило авторам регистрировать дыхание и сердцебиение животных по свечению. При этом наблюдения не ограничивали движения особей: существующие техники требуют подключения организма к специальным устройствам, например томографу, или имплантации датчиков. Во втором эксперименте квантовые точки послужили основной для наносом, включенных в состав липопротеинов. Частицы были аналогичны мицеллам, всасывающимся в кишечнике при переваривании жиров. Чтобы проследить за метаболизмом жиров в условиях холода, исследователи ввели флуоресцентные наносомы в замерзших мышей. Это обнаружило быстрое накопление бурого жира (используется для генерации тепла), причем с большими разрешением изображения и чувствительностью по сравнению с другими методами.

 

Наконец, авторы смоделировали у животных растущую опухоль, в которую ввели композитные частицы с квантовыми точками. Благодаря накоплению в сосудах новообразования частицы обеспечили беспрепятственный мониторинг за течением заболевания. Примечательно, что ученым удалось не только выявить таким образом отдельные сосуды, но и оценить скорость кровотока на основании движения частиц, в том числе в здоровых тканях. По словам группы, несмотря на хорошие результаты и безопасность для мышей, речь о применении техники на человеке пока не идет. Тем не менее, она расширяет биовизуальный арсенал, который может использоваться, в частности, в рамках доклинических исследований препаратов.

 

Подробности работы опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering.

 

Квантовые точки в качестве альтернативы традиционным флуоресцентным меткам предлагались и ранее. Так, летом прошлого года польские ученые представили технологию изготовления квантовых точек с высокой фотостабильностью.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 21:25
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

Вчера, 19:01
8 минут
Мария Азарова

Математическое моделирование позволило подсчитать, что большинство случаев тяжелого течения коронавирусного заболевания и госпитализаций по этой причине в США оказались связаны с одним из четырех кардиометаболических нарушений, а главным образом — с ожирением.

Вчера, 20:48
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые создали компьютерную сеть, которая имитирует человеческий мозг. Благодаря ей удалось выяснить, как человек обрабатывает движущиеся изображения, и понять, как появляются оптические иллюзии.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

Вчера, 21:25
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

23 февраля
4 минуты
Виктория Сафронова

Звук — шум от передвижения марсохода — записан одним из его микрофонов.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

2 февраля
44 минуты
Александр Березин

В научном журнале The Lancet появились итоги клинических испытаний «Спутника-V», и на первый взгляд эта публикация — триумф. Российская вакцина показала эффективность выше, чем у Pfizer и Moderna. Увы, на этом хорошие новости закончились. Плохих две.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: