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新纳米粒子生物成像

对于某些频率的短波红外光,大多数生物组织几乎与玻璃一样透明。现在,研究人员已经制造出可以注入体内的微小颗粒,在那里它们发出穿透频率。这一进步可以提供一种制作内部身体结构的详细图像的新方法,例如精细的血管网络。

基于使用称为量子点的发光粒子的新发现,在麻省理工学院研究科学家Oliver Bruns,最近毕业生Thomas Bischof博士,化学教授Moungi Bawendi,自然生物医学工程期刊的论文中有所描述。和另外21人。

用于研究生物组织的近红外成像,波长在700到900纳米(十亿分之一米)之间,被广泛使用,但是大约1,000到2,000纳米的波长有可能提供更好的结果,因为身体组织更多透明的光。“我们知道这种成像模式会比现有方法更好”,Bruns解释说,“但我们缺乏高质量的发射器” - 即可以产生这些精确波长的发光材料。

发光颗粒一直是莱斯特沃尔夫化学教授Bawendi的专长,他的实验室多年来开发了制造量子点的新方法。这些由半导体材料制成的纳米晶体发光,通过控制颗粒的精确尺寸和组成可以精确地调节其频率。

关键是开发这些量子点的版本,其发射与所需的短波红外频率相匹配,并且足够亮,然后可以通过周围的皮肤和肌肉组织轻松检测到。布朗斯说,该团队成功地制造了比以前的材料“数量级更好的粒子,这使得生物成像具有前所未有的细节。”这些新颗粒的合成最初是由研究生Daniel Franke和其他来自去年Nature Communications的Bawendi小组的论文中描述的。

他说,团队生产的量子点非常明亮,可以在非常短的曝光时间内捕获它们的排放物。这使得不仅可以生成单个图像,而且可以生成捕获运动细节的视频,例如血液流动,从而可以区分静脉和动脉。

布朗斯说,新的发光颗粒也是第一个足够亮的,可以让醒着和移动的老鼠内部器官成像,而不是之前需要麻醉的方法。最初的申请将用于动物的临床前研究,因为这些化合物含有一些不太可能被批准用于人类的材料。研究人员还致力于开发对人类更安全的版本。

该方法还依赖于使用对这种特定范围的短波红外光高度敏感的新开发的相机。Bruns说,这款相机是商用开发的产品,但他的团队是第一个使用铟镓砷制成的相机专用探测器的客户。虽然这款相机是为研究目的而开发的,但这些红外光频率也被用作透过雾或烟雾的方式。

Bruns说,新方法不仅可以确定血流的方向,而且足够详细,可以跟踪血流中的个体血细胞。“我们可以以超高速跟踪每个毛细管中的流量,”他说。“我们可以对流量进行定量测量,我们可以在很大的范围内以非常高的分辨率进行这种流量测量。”

例如,可以使用这种成像来研究肿瘤中血流模式如何随肿瘤发展而变化,这可能导致监测疾病进展或对药物治疗的响应性的新方法。“这可以很好地说明治疗方法是如何起作用的,以前是不可能的,”他说。

“对于小动物成像来说,这是一个令人兴奋且具有潜在革命性的发展,”哈佛医学院病理学教授吉列尔莫·蒂尔尼说,他没有参与这项工作。他说:“通过使用调谐到短波近红外波长的探头,研究人员克服了散射,这是限制这种体内显微镜的主要现象。”

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