Ett tvärvetenskapligt forskarlag från University of Illinois i Urbana-Champaign har utvecklat en ny materialkomposit som härrör från kvantprickar. Dessa lipoprotein nanotrombocyter tas snabbt upp av celler och behåller sin fluorescens, vilket gör dem särskilt väl lämpade för att avbilda celler och förstå sjukdomsmekanismer.

"Kvantprickar undersöks brett på grund av deras unika fysiska, optisk, och elektroniska egenskaper, " förklarade Andrew M Smith, en biträdande professor i bioteknik vid Illinois. "Deras viktigaste egenskap är ljusa, stabil ljusemission som kan ställas in i ett brett spektrum av färger. Detta har gjort dem användbara för olika applikationer som avbildningsmedel och molekylära prober i celler och vävnader och som ljusemitterande komponenter i lysdioder och TV-apparater."

"Dessa studier är det första exemplet på platta kvantprickar, kallas nanotrombocyter, i biologiska system, sa Smith, vars verk publiceras i Journal of the American Chemical Society . "Vi har utvecklat en unik nanopartikel som är platt, som en skiva, och inkapslad i en biologisk partikel. Dessa härrör från kvantprickar och de avger på liknande sätt ljus, dock, de har en mängd intressanta optiska och strukturella egenskaper på grund av sin form. Deras ljusabsorberande och ljusemitterande egenskaper är närmare de hos kvantbrunnar, som är tunna lager som används för att göra lasrar. Vi finner att dessa partiklar unikt kommer in i celler mycket snabbt och vi använder dem som sensorer i levande celler."

"Det nya kolloidala materialet är en hybrid mellan en oorganisk kvantbrunn och en organisk nanodskiva som består av fosfolipider och lipoproteiner, " förklarade Sung Jun Lim, en postdoktor i Smiths forskargrupp och första författare till artikeln, "Lipoprotein nanoplatelets:ljust fluorescerande, Zwitterioniska sonder med snabb cellulär ingång." "Fosfolipiderna binder till de platta ytorna på nanoblodplätten och lipoproteiner binder till böjda kanter för att homogent fånga partiklarna i biokompatibla material. De har långtidsstabilitet i biologiska buffertar och höga saltlösningar och är mycket fluorescerande, med ljusstyrka jämförbar med kvantprickar när de mäts i en lösning eller på enmolekylnivå i ett mikroskop."

Enligt Smith, dessa partiklar är särskilt användbara för avbildning av en molekyl, där kvantprickar har gjort störst inverkan på grund av sin unika kombination av hög ljusemissionshastighet och kompakt storlek. Kvantprickar har nyligen möjliggjort upptäckten av en mängd nya biologiska processer relaterade till människors hälsa och sjukdomar.

"Vi tror att de nya funktionerna som tillhandahålls av nanotrombocyter är värdefulla för att avbilda biologiska molekyler och celler, men det var tidigare utmanande att stabilisera dessa nanokristaller i biologiska medier eftersom deras ovanliga dimensioner får dem att hålla ihop, samla, och förlorar fluorescens. Denna nya klass av nanoblodplättar löser dessa problem och de är stabila under svåra biologiska förhållanden eftersom de är inkapslade i lipoproteiner.

"Vi förväntar oss att denna nya materialkomposit kommer att avslöja, på singelmolekylnivå, hur platta material interagerar med biologiska system, " Smith tillade. "Det unika fyndet av snabb cellulär inträde tyder på att dessa material kan vara omedelbart användbara för cellulära märkningstillämpningar för att tillåta mycket multiplexerad spektral kodning av cellulär identitet så att vi kan spåra metastaserande cancerceller i kroppen. Unika former av nanopartiklar har också visat sig vara mer effektiva för att leverera läkemedel till tumörer jämfört med vanliga sfäriska partiklar, så vi undersöker detta också.