Chercheurs à l'UTS, dans le cadre d'une grande collaboration internationale, ont fait une percée dans le développement de compact, microscopie optique peu coûteuse et pratique pour obtenir une imagerie de super-résolution à une échelle 10 fois plus petite que celle qui peut actuellement être obtenue avec la microscopie conventionnelle.

Cette découverte surmonte deux obstacles - le coût et la chaleur - qui limitent le développement de l'imagerie à très haute résolution pour que les chercheurs en biologie et biomédicale puissent effectuer un examen détaillé des cellules et des organismes vivants.

Les conclusions de l'équipe de recherche, signalé dans La nature , montrent que des nanoparticules luminescentes brillantes peuvent être activées et désactivées à l'aide d'un faisceau laser infrarouge de faible puissance.

Professeur Dayong Jin de l'UTS, un chercheur principal sur le projet, a déclaré que l'utilisation d'un faisceau laser de faible puissance était la clé pour résoudre les problèmes de double goulot d'étranglement de coût et de chaleur.

"Actuellement, afin d'activer et de désactiver chaque pixel pour une imagerie en super-résolution, vous avez besoin d'un laser encombrant avec beaucoup de puissance, " dit le professeur Jin.

« Le laser à haute puissance signifie que vous vous retrouvez avec un équipement très coûteux, généralement plus d'un million de dollars. Et avec un laser aussi puissant qui éclaire un échantillon biologique fragile, l'échantillon devient essentiellement « cuit ».

"La réduction significative de la puissance requise supprime le besoin de lasers encombrants et coûteux et le rend beaucoup plus biocompatible."

L'utilisation de nanoparticules de type lampe pour la bio-imagerie à super-résolution est un développement relativement récent qui a attiré une large attention à l'échelle internationale. Les nanoparticules agissent comme des sondes moléculaires pour éclairer les structures sous-cellulaires. Cependant, les limitations fondamentales de la lumière restreignent la taille minimale des pixels de l'image à environ 200 nm, environ la moitié d'une longueur d'onde d'excitation et insuffisante pour visualiser de nombreuses structures biologiques d'intérêt.

Cette nouvelle recherche montre que des nanoparticules jusqu'à 13 nm, peut-être encore plus petit, peut être visualisé dans une nouvelle forme de nanoscopie optique où la luminescence indésirable est supprimée par un laser infrarouge de faible puissance.

Le professeur Jin a été co-lauréat du prix Eureka d'excellence en recherche scientifique interdisciplinaire 2015 pour ses travaux sur le développement de nanocristaux connus sous le nom de Super Dots et est directeur de l'UTS Initiative for Biomedical Materials and Devices (IBMD). Lui et ses étudiants et collaborateurs travaillent sur la technologie photonique à l'échelle nanométrique depuis plusieurs années.

« Nous sommes intéressés à mener des recherches axées sur les solutions qui offrent un potentiel pour l'industrie. Nous identifions les problèmes clés dans le domaine, trouver une solution et passer aux prochaines étapes vers la traduction technologique, " dit le professeur Jin.

"Pour faire ça, vous devez trouver le bon partenaire aux compétences complémentaires, construire une relation basée sur la confiance et la mener avec persévérance, comme nous l'avons fait au cours des six années qu'il a fallu pour mener à bien cette recherche. »

Il a dit que ce nouvel outil ouvre des opportunités pour comprendre comment fonctionne la machine de la vie, de manière non invasive, menant, espérons-le, à une meilleure compréhension des agents pathogènes et des maladies résistants aux antibiotiques, et le système immunitaire.

Professeur Jim Piper, de l'Université Macquarie et du Centre d'excellence ARC pour la biophotonique à l'échelle nanométrique, était co-chercheur de l'étude Nature. Il a déclaré que les résultats de la recherche étaient passionnants car ces nanoparticules ont « des propriétés uniques qui permettront aux chercheurs de voir plus profondément et plus clairement au niveau cellulaire et intracellulaire - où les protéines, les anticorps et les enzymes dirigent en fin de compte la machinerie de la vie".

"Ce que nous avons fait, c'est illustrer que de minuscules nanoparticules offrent un potentiel substantiel en tant que nouvelle génération de sondes luminescentes pour la nanoscopie optique. Cela ouvre une toute nouvelle voie dans l'étude des processus biologiques vivants."

Professeur agrégé Peng Xi de l'Université de Pékin, un chercheur de premier plan en microscopie super-résolution, mentionné, "Après le prix Nobel en 2014, l'attention de la communauté de la super-résolution s'est concentrée sur le développement de techniques compatibles avec les cellules vivantes. Nos nanoparticules de terres rares nouvellement développées réduisent les besoins en laser haute puissance de deux à trois ordres de grandeur, ce qui permet une large application de cette technologie dans les cellules vivantes et diminue considérablement le coût et la complexité du système."

La recherche pour « Emission stimulée amplifiée dans les nanoparticules de conversion ascendante pour la nanoscopie à super résolution » a été menée par des scientifiques de l'UTS, Université Macquarie, Université de Pékin et Université Jiao-tong de Shanghai.