Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har introducerat en ny klass av ljusemitterande kvantprickar (QDs) med avstämbar och utjämnad fluorescensljusstyrka över ett brett spektrum av färger. Detta resulterar i mer exakta mätningar av molekyler i sjuk vävnad och förbättrade kvantitativa avbildningsförmåga.

"I det här arbetet, vi har gjort två stora framsteg – förmågan att exakt kontrollera ljusstyrkan hos ljusemitterande partiklar som kallas kvantprickar, och förmågan att göra flera färger lika i ljusstyrka, " förklarade Andrew M Smith, en biträdande professor i bioteknik vid Illinois. "Tidigare hade ljusemission en okänd överensstämmelse med molekylnummer. Nu kan den justeras och kalibreras för att exakt räkna specifika molekyler. Detta kommer att vara särskilt användbart för att förstå komplexa processer i neuroner och cancerceller för att hjälpa oss att reda ut sjukdomsmekanismer, och för att karakterisera celler från sjuk vävnad hos patienter."

"Fluorescerande färgämnen har använts för att märka molekyler i celler och vävnader i nästan ett sekel, och har format vår förståelse av cellulära strukturer och proteinfunktion. Men det har alltid varit utmanande att extrahera kvantitativ information eftersom mängden ljus som emitteras från ett enda färgämne är instabil och ofta oförutsägbar. Även ljusstyrkan varierar drastiskt mellan olika färger, vilket komplicerar användningen av flera färgämnen samtidigt. Dessa attribut döljer korrelationer mellan uppmätt ljusintensitet och koncentrationer av molekyler, " sade Sung Jun Lim, en postdoktor och första författare till tidningen, "Ljusstyrkeutjämnade kvantprickar, " publicerades denna vecka i Naturkommunikation .

Enligt forskarna, dessa nya material kommer att vara särskilt viktiga för avbildning i komplexa vävnader och levande organismer där det finns ett stort behov av kvantitativa avbildningsverktyg, och kan ge ett konsekvent och avstämbart antal fotoner per taggad biomolekyl. De förväntas också användas för exakt färgmatchning i ljusavgivande enheter och skärmar, och för foton-on-demand krypteringsapplikationer. Samma principer bör gälla för ett brett spektrum av halvledande material.

"Förmågan att självständigt ställa in QD-fluorescensens ljusstyrka och färg har aldrig tidigare varit möjlig, och dessa BE-QD:er ger nu denna förmåga, ", sa Lim. "Vi har utvecklat nya materialtekniska principer som vi förväntar oss kommer att ge en mångfald av nya optiska funktioner, tillåta kvantitativ flerfärgsavbildning i biologisk vävnad, och förbättra färginställningen i ljusavgivande enheter. Dessutom, BE-QD:er bibehåller sin lika ljusstyrka över tiden medan konventionella QD:er med oöverensstämmande ljusstyrka blir ytterligare oöverensstämmande med tiden. Dessa attribut bör leda till nya lysdioder och displayenheter, inte bara med exakt matchade färger – bättre färgnoggrannhet och ljusstyrka – utan också med förbättrad prestandalivslängd och förbättrad enkel tillverkning." QDs används redan i displayenheter (t.ex. Amazon Kindle och en ny Samsung TV).