Les chercheurs qui travaillent à faire progresser l'imagerie utile à la médecine et à la sécurité capitalisent sur le même phénomène derrière l'image "fantôme" persistante qui est apparue sur les vieux écrans de télévision.

Une équipe de chercheurs de l'Université Purdue et de l'Université Macquarie à Sydney a créé un moyen de contrôler la durée pendant laquelle la lumière d'un nanocristal luminescent s'attarde, ajoutant une nouvelle dimension de temps à la couleur et à la luminosité dans la technologie de détection optique.

Détection basée sur la durée de vie de la lumière ainsi que sa couleur spécifique, ou longueur d'onde, augmente de façon exponentielle le nombre de combinaisons différentes qui peuvent être créées et utilisées comme signatures uniques, ou des balises, pour les écrans biomédicaux. Les cribles basés sur cette nouvelle technologie pourraient identifier simultanément des milliers de molécules cibles différentes, dépassant de loin les limites actuelles de ces écrans à environ 20 molécules différentes.

"Ces nanocristaux peuvent former des codes de combinaison, comme les codes-barres, pour former une vaste bibliothèque de sondes moléculaires distinguables, qui peut être utilisé pour des diagnostics complexes, " dit Dayong Jin, le professeur de photonique à Macquarie qui a dirigé la recherche. "Ils pourraient être utilisés pour des tests de dépistage qui peuvent identifier plus rapidement et avec plus de précision la cause de l'infection, cancers des résidus à un stade précoce et localiser les cibles moléculaires spécifiques pour les thérapies médicamenteuses ciblées."

En outre, la lumière émise par les nouveaux nanocristaux dépasse de loin celle qui se produit naturellement dans les systèmes biologiques, appelé autofluorescence. Cette différence de synchronisation sépare nettement le signal du bruit de fond, dit J. Paul Robinson, le professeur de cytomique au Collège de médecine vétérinaire de Purdue et professeur à la Weldon School of Biomedical Engineering de Purdue qui a aidé à diriger l'étude au cours des quatre dernières années.

"Les photons émis par ces nanocristaux durent 1, 000 fois plus longs que les photons émis par les systèmes biologiques qui provoquent le bruit de fond, " dit Robinson, qui est également directeur des laboratoires de cytométrie Purdue. "Les photons nanocristaux restent, tout comme les photons qui ont créé les images "fantômes" sur les vieux écrans de télévision qui s'attardaient après que vous ayez éteint le téléviseur. Un phénomène similaire se produit dans ces nanocristaux. Nous pouvons capturer ce signal après que les autres se soient éteints et obtenir une résolution incroyable."

Le travail de l'équipe est détaillé dans un article qui sera publié dans le prochain numéro de Photonique de la nature et est actuellement disponible en ligne. Jin a dirigé la conception et la fabrication des nanoparticules, que les chercheurs ont nommé t-Dots. Robinson a dirigé le développement du concept et les tests biologiques de la technologie de détection.

Les recherches de Robinson portent sur la cytométrie en flux, l'analyse des cellules contenues dans un liquide passant devant un faisceau laser. L'équipe de recherche a construit un système de cytométrie à balayage à résolution temporelle capable d'évaluer la durée de vie de la lumière émise ainsi que la couleur et de capturer les signaux τ-Dot.

"Les particules contenant ces -Dots peuvent être facilement adaptées pour lier différents anticorps, ", a déclaré Robinson. "Un système petit et portable pourrait être créé pour sonder plusieurs agents pathogènes à la fois dans les boissons ou les aliments."

L'équipe de recherche a superposé avec succès les nanocristaux avec une séquence spécifique de durées de vie dans des points individuels pour créer des signatures uniques et lier avec succès une protéine aux points τ, leur permettant de rechercher et de se lier à Giardia lamblia, il a dit. Robinson prévoit ensuite d'affiner la conception d'instruments de cytométrie en flux capables de lire les signatures τ-Dot et d'explorer les applications biomédicales de nouveaux outils de détection.

"La cytométrie en flux est un outil de diagnostic qui est utilisé dans une variété d'applications allant des soins de santé à la sécurité intérieure, " a déclaré Robinson. " Il peut analyser le sang et l'urine pour diagnostiquer une maladie, ou peut analyser un échantillon prélevé sur une surface ou dans l'air mélangé à de l'eau pour détecter des agents pathogènes d'origine alimentaire ou des agents chimiques. Avec les nano-tags τ-Dot', ' nous avons la possibilité de filtrer plusieurs cibles à la fois, et un seul petit volume d'échantillon sera nécessaire pour glaner une grande quantité d'informations en très peu de temps."

Les nanocristaux sont de minuscules amas de sodium, des ions d'yttrium et de fluorure avec des traces ajoutées d'ions d'ytterbium et le thulium, élément des terres rares émettant du bleu. L'ion ytterbium sert de déclencheur à la réaction qui contrôle la fluorescence du thulium, et les chercheurs ont contrôlé la durée pendant laquelle cette lumière est émise en faisant varier la distance entre les deux.

Lorsqu'un laser frappe un nanocristal, il déclenche une réaction qui conduit à l'émission d'un photon à une longueur d'onde visible, ou un éclat de lumière visible.

Les τ-Dots pourraient également être utilisés pour créer des marques invisibles et presque impossibles à falsifier sur des documents, objets ou monnaie comme mesure anti-contrefaçon, dit Yiqing Lu, un chercheur principal de l'Université Macquarie en photonique.

"En appliquant des τ-Dots sur n'importe quelle surface, nous pouvons laisser un message secret ou une marque sur n'importe quel produit, qui ne sera révélé que par un scanner spécialement conçu, " Lu a dit. " Cela a un énorme potentiel pour confirmer l'authenticité de n'importe quel produit, des médicaments pharmaceutiques aux fournitures de courrier médical."

L'équipe de recherche de Macquarie étudie cette application ainsi que la possibilité de superposer les τ-Dots pour créer un stockage de données à plus haute densité, il a dit.