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, 11:37
10 минут
Мария Азарова

Исследование американских кардиологов показало, что алкоголь практически неминуемо влияет на сердечный ритм, приводя к фибрилляции предсердий. Всего одна порция вина, пива или другого спиртного более чем в шесть раз повысила риск приступа в течение следующих четырех часов.

16 мая
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

16 мая
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

16 мая
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

16 мая
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

Вчера, 11:37
10 минут
Мария Азарова

Исследование американских кардиологов показало, что алкоголь практически неминуемо влияет на сердечный ритм, приводя к фибрилляции предсердий. Всего одна порция вина, пива или другого спиртного более чем в шесть раз повысила риск приступа в течение следующих четырех часов.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

24 апреля
9 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали обратную связь всех конечных точек смертности с содержанием омега-3-полиненасыщенных жирных кислот. Согласно их выводам, более высокие уровни некоторых основных ПНЖК в тканях и крови могут снижать вероятность смерти от всех причин в среднем на 13% и в итоге замедлять процесс старения.

[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: