Att bada en patient i LED -ljus kan någon gång erbjuda ett nytt sätt att lokalisera tumörer, enligt forskare från Rice University.

Spektraltrianguleringssystemet som utvecklats av Rice-kemisten Bruce Weisman och hans kollegor är avsett att identifiera riktade cancertumörer märkta med antikroppsbundna kolnanorör. Det beskrivs i en uppsats i tidskriften Royal Society of Chemistry Nanoskala .

Eftersom absorptionen av kortvågigt infrarött ljus i vävnader varierar med dess våglängd, spektralanalys av ljus som kommer genom huden kan avslöja djupet av vävnad genom vilket det ljuset har passerat. Detta gör att de tredimensionella koordinaterna för nanorörsbaken kan härledas från en liten uppsättning icke-invasiva optiska mätningar.

Ristekniken bygger på det faktum att enväggiga kolnanorör naturligt fluorescerar vid kortvågiga infraröda våglängder när de exciteras av synligt ljus. En mycket känslig detektor som kallas en InGaAs (indium gallium arsenid) lavinfotodiod gjorde det möjligt att läsa svaga signaler från nanorör upp till 20 millimeter djupt i den simulerade vävnaden som används för laboratorietester.

"Vi använder en ovanligt känslig detektor som inte har applicerats på denna typ av arbete tidigare, "sa Weisman, en erkänd pionjär för sin upptäckt och tolkning av nära-infrarött fluorescens från enväggiga nanorör.

"Denna lavinfotodiod kan räkna fotoner i den kortvågiga infraröda, vilket är ett utmanande spektralområde för ljussensorer. Huvudmålet är att se hur väl vi kan upptäcka och lokalisera utsläpp från mycket små koncentrationer av nanorör inuti biologiska vävnader. Detta har potentiella tillämpningar inom medicinsk diagnos. "

Att använda ljusemitterande dioder för att excitera nanorören är effektivt-och billigt, Sa Weisman. "Det är relativt okonventionellt att använda lysdioder, "sa han." I stället lasrar används vanligtvis för excitation, men laserstrålar kan inte fokuseras inuti vävnader på grund av spridning. Vi badar ytan på provet i ofokuserat LED -ljus, som sprids genom vävnaderna och väcker nanorör inuti. "

En liten optisk sond monterad på ramen på en 3D-skrivare följer ett datorprogrammerat mönster när sonden försiktigt vidrör huden för att göra avläsningar vid rutpunkter med några millimeters avstånd.

Innan du når detektorn, ljus från nanorören absorberas delvis av vatten när det rör sig genom vävnader. Weisman och hans team använder det till sin fördel. "En tvådimensionell sökning berättar för sändarens X- och Y-koordinater men inte Z-djupet, "sa han." Det är en mycket svår sak att härleda från en ytskanning. "

Spektral triangulering övervinner begränsningen. "Vi använder det faktum att olika våglängder för nanorörsemissioner absorberas olika genom vävnader, "Weisman sa." Vatten (i den omgivande vävnaden) absorberar de längre våglängderna som kommer från nanorör mycket starkare än de kortare våglängderna.

"Om vi ​​upptäcker nanorör nära ytan, de långa och korta våglängdsemissionerna är relativt lika i intensitet. Vi säger att spektrumet är ostört.

"Men om utsläppskällan är djupare, vatten i att vävnaden absorberar de längre våglängderna företrädesvis till de kortare våglängderna, "sa han." Så balansen mellan intensiteten hos de korta och långa våglängderna är en måttstock för att mäta hur djup källan är. Det är så vi får Z -koordinaten. "

Detektorn testas nu i laboratoriet för Dr. Robert Bast, en expert på äggstockscancer och vice president för translationell forskning vid University of Texas MD Anderson Cancer Center.

"Det ger oss en chans att se nanorör djupare inuti vävnader eftersom så lite av ljuset som nanorör avger hittar sin väg till ytan, "Weisman sa." Vi har kunnat upptäcka djupare i vävnaderna än jag tror att någon annan har rapporterat. "