En polymer som är specialdesignad för att producera ljus som penetrerar skumma miljöer har visat sig lovande i bioavbildningsförsök, där den kan upptäcka partiklar i nanostorlek under ytan av realistiska vävnadsmodeller.

Nyligen genomförda studier har visat att fluorescerande prober - ljusemitterande material som fäster vid små mål som celler - är särskilt användbara för bioavbildning när de strålar i det kortvågiga infraröda (SWIR) området av det optiska spektrumet. Eftersom denna typ av fluorescerande ljus tränger djupare in i biologiska föremål utan att absorberas eller sprids, SWIR-sonder kan ses längre in i vävnaden än konventionella sändare. Dessa funktioner har gjort det möjligt för SWIR-sonder att fånga högupplösta bilder av strukturer som finns djupt inne i kroppen, såsom hjärnvävnad, utan riskerna med röntgenstrålar.

Satoshi Habuchi och hans kollegor arbetar för att förbättra fluorescerande avbildning genom att utöka den typ av sonder som kan producera SWIR-strålning. För närvarande, de flesta ljusstarka SWIR-sändare är antingen halvledarkvantprickar eller sällsynta jordartsmetalldopade nanopartiklar som är olämpliga för många exemplar på grund av deras giftiga biverkningar. Å andra sidan, material som är mer biokompatibla, såsom organiska färgämnen, är vanligtvis inte tillräckligt intensiva för att ses inuti vävnaden.

För att lösa det här problemet, KAUST-forskare vände sig till polymerer med "donator-acceptor"-strukturer, en layout där elektronrika komponenter alternerar med elektronfattiga delar längs en ledande molekylkedja. "Denna fördelning främjar laddningsöverföring längs polymerryggraden, vilket är ett mycket effektivt sätt att få SWIR-ljus, " förklarar Hubert Piwoński, studiens huvudförfattare.

Teamet valde två donator-acceptor-polymerer med idealiska egenskaper för SWIR-emission och utvecklade sedan en utfällningsprocedur som smälte samman föreningarna till små polymersfärer, eller "prickar", bara några nanometer bred. Optiska karakteriseringar avslöjade att dessa material hade exceptionellt ljusa SWIR-utsläpp som lätt kunde upptäckas i biologiska vävnadsmodeller. "Per volym, våra partiklar har ett ljusstyrkevärde som är större än nästan alla andra SWIR-sändare som hittills rapporterats, " säger Habuchi. "Detta möjliggjorde detektering av nanometerstora polymerprickar i exemplar som är en millimeter tjocka."

Dessutom, de nya polymerprickarna som fluorescerar endast i en nanosekund kan producera bilder med låg brus och känslighet för en enda molekyl på grund av hög genomströmningsdetektering av emitterad fluorescens. Möjligheten att visualisera enstaka prober med snabba förvärvshastigheter kan gynna forskare som vill fånga processer i vävnader och organ när de händer.

"Det finns enorma möjligheter för nya sonder och avbildningsmodaliteter som kan hantera dynamiken hos molekyler i levande system, och våra polymerprickar är ett stort steg mot en partikelvävnadsavbildning, säger Piwoński.