“量子点”纳米粒子为生物成像提供了一种新的路径

来自麻省理工学院的工程师已经发现了一种制造“量子点”在注入体内发出红外线的方法，为研究人员提供高度详细的内部体结构的图像。新的研究可以开辟一种制作内部体结构的详细图像的新方法，例如血管的细节网络。

对于短波红外光的某些频率，大多数生物组织几乎与玻璃一样透明。现在，一支工程师团队制造了微小的颗粒，可以注入体内，在那里它们发出那些穿透频率。

新的研究基于使用称为量子点的发光颗粒，并在杂志生物医学工程中的一篇论文中描述。该研究由麻省理工学院研究科学家奥利弗布伦领导。

用于研究生物组织的近红外成像，波长在700至900纳米（亿米）之间被广泛使用，但波长约为1,000至2,000纳米有可能提供更好的结果，因为身体组织更多透明到那种光。“我们知道这种成像模式比现有方法更好，Bruns解释说，”但我们缺乏高质量的发射器“ - 即可以产生这些精确波长的发光材料。

发光颗粒是Moungi Bawendi的特色，莱斯特沃尔夫化学教授，其实验室多年来开发了制造量子点的新方法。由半导体材料制成的这些纳米晶体发射频率可以通过控制颗粒的精确尺寸和组成来精确调整其频率的光。

关键是开发这些量子点的版本，这些量子点的排放符合所需的短波红外频率，并且足够亮，然后通过周围的皮肤和肌肉组织容易地检测到。布伦说，该团队成功地制造了“比以前的材料的数量级，并且允许前所未有的细节，”布伦说。这些新颗粒的合成最初通过去年的自然通信中的Bawendi Group的研究生Daniel Franke等纸张中描述。

他说，生产的量子阵容是制作的团队的团队是如此亮，他们可以通过很短的曝光时间来捕获。这使得不仅可以产生单个图像，而且可以产生捕获运动细节的视频，例如血液流动，使得可以区分静脉和动脉。

Bruns表示，新的发光颗粒也足以允许唤醒和移动的小鼠中的内脏成像，这是足够亮的，而不是先前的方法，而不是要求它们被麻醉的方法。初始应用是动物的临床前研究，因为化合物含有一些不太可能被批准用于人类的材料。研究人员还在努力开发为人类更安全的版本。

该方法还依赖于使用对该特定短波红外光范围高度敏感的新开发的相机。Bruns表示，相机是一个商业开发的产品，但他的团队是由铟镓制成的相机专用探测器的第一个客户。虽然这款相机是用于研究目的的，但这些红外光的频率也用作通过雾或烟雾的方式使用。

新方法不仅可以确定血流方向，Bruns表示，详细介绍该流动内的血液细胞。“我们可以追踪每一个毛细血管的流动，超高速，”他说。“我们可以获得流量的定量衡量标准，我们可以在很大的区域内以非常高的分辨率进行这种流量测量。”

例如，可以使用这种成像，以研究肿瘤的血液流动模式如何随着肿瘤的发展而变化，这可能导致监测疾病进展或对药物治疗反应性的新方法。“这可能会令人乐置迹象表明治疗如何工作是如何不可能的，”他说。

“这是小动物成像的令人兴奋和潜在的革命性发展，”哈佛医学院病理学教授Guillermo Theinney说，他不参与这项工作。他说：“通过使用在短波近红外线进一步调谐到波长的探针，研究人员克服了散射，这是散射，这是在体内显微镜下限制的主要现象。

“在这种情况下，可以利用更简单和更少的侵入性询问方法来了解动物模型中的结构和功能，在器官和蜂窝水平上，”Tearney说。“我预计这些探针将对体内骨球领域进行重大影响[完成生活科目]影像和生物科学研究。”

出版物：Oliver T. Burns，等，“下一代在Vivo光学成像中，具有短波红外量子点”，自然生物医学工程1，物品编号：0056（2017）DOI：10.1038 / S41551-017-0056