Forskare vid UTS, som en del av ett stort internationellt samarbete, har gjort ett genombrott i utvecklingen av kompakta, billigt och praktiskt optiskt mikroskopi för att uppnå superupplöst avbildning i en skala 10 gånger mindre än vad som för närvarande kan uppnås med konventionell mikroskopi.

Denna upptäckt övervinner två hinder-kostnad och värme-som begränsar utvecklingen av superhögupplöst avbildning för biologiska och biomedicinska forskare för att kunna göra detaljerad undersökning av levande celler och organismer.

Forskargruppens resultat, rapporterade i Natur , visa att ljusa självlysande nanopartiklar kan slås på och av med en infraröd laserstråle med låg effekt.

Professor Dayong Jin från UTS, en ledande forskare om projektet, sa att användningen av en lågdriven laserstråle var nyckeln till att lösa de två flaskhalsproblemen med kostnad och värme.

"För närvarande, för att slå på och stänga av varje enskild pixel för superupplöst bildbehandling, du behöver en skrymmande laser med mycket kraft, "Sade professor Jin.

"Den kraftfulla lasern innebär att du får mycket dyr utrustning, vanligtvis över 1 miljon dollar. Och med en så kraftfull laser som lyser på ett bräckligt biologiskt prov, provet blir i huvudsak "kokt".

"Genom att minska energibehovet avsevärt tas behovet av skrymmande och dyra lasrar bort och gör det mycket mer biokompatibelt."

Användningen av lampliknande nanopartiklar för superupplöst bioavbildning är en relativt ny utveckling som har väckt stor uppmärksamhet internationellt. Nanopartiklarna fungerar som molekylära sonder för att tända de subcellulära strukturerna. Dock, grundläggande begränsningar av ljus begränsar minsta storlek på bildpixlar till cirka 200 nm, ungefär hälften av en excitationsvåglängd och otillräcklig för att visualisera många biologiska strukturer av intresse.

Denna nya forskning visar att nanopartiklar ner till 13 nm i storlek, kanske ännu mindre, kan visualiseras i en ny form av optisk nanoskopi där oönskad luminescens undertrycks av en låg effekt infraröd laser.

Professor Jin var gemensam vinnare av Eureka -priset 2015 för excellens i tvärvetenskaplig vetenskaplig forskning för sitt arbete med att utveckla nanokristaller som kallas Super Dots och är chef för UTS Initiative for Biomedical Materials and Devices (IBMD). Han och hans studenter och samarbetspartners har arbetat med fotonikteknik i nanoskala i flera år.

"Vi är intresserade av att bedriva lösningsfokuserad forskning som erbjuder potential för industrin. Vi identifierar de viktigaste problemen på området, hitta en lösning och gå vidare till nästa steg mot tekniköversättning, "Sade professor Jin.

"Att göra det, du måste hitta rätt partner med kompletterande färdigheter, bygga en relation baserad på förtroende och bära det med uthållighet som vi har gjort under de sex år det har tagit att slutföra denna forskning. "

Han sa att detta nya verktyg öppnar möjligheter att förstå hur livsmaskinen fungerar, på ett icke-invasivt sätt, förhoppningsvis leder till en bättre förståelse av patogener och sjukdomar mot antibiotikaresistens, och immunsystemet.

Professor Jim Piper, från Macquarie University och ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics, var medforskare i Nature-studien. Han sa att forskningsresultaten var spännande eftersom dessa nanopartiklar har "unika egenskaper som gör att forskare kan se djupare och tydligare på cellulär och intra-cellulär nivå-där proteiner, antikroppar och enzymer driver i slutändan livets maskineri ".

"Det vi har gjort är att illustrera att små nanopartiklar erbjuder stor potential som en ny generation av självlysande sonder för optisk nanoskopi. Detta öppnar en helt ny väg för studier av levande biologiska processer."

Docent Peng Xi från Peking University, en ledande forskare inom superupplöst mikroskopi, sa, "Efter Nobelpriset 2014, superupplösningsgemenskapens uppmärksamhet har fokuserats på utveckling av tekniker som är levande cellkompatibla. Våra nyutvecklade nanopartiklar av sällsynta jordarter minskar kravet på högeffektslaser med två till tre storleksordningar, vilket möjliggör en bred tillämpning av denna teknik i levande celler och dramatiskt minskar systemets kostnad och komplexitet. "

Forskningen om "Amplifierad stimulerad emission i uppkonverteringsnanopartiklar för superupplöst nanoskopi" genomfördes av forskare vid UTS, Macquarie University, Peking University och Shanghai Jiao-tong University.