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科學(xué)家開發(fā)出激發(fā)熒光傳感器的新型光子技術(shù)

發(fā)布日期： 2022-05-31 09:43:34 來源：科技日報

美國麻省理工學(xué)院工程師開發(fā)出一種用于激發(fā)任何熒光傳感器的新型光子技術(shù)，其能夠顯著改善熒光信號。通過這種方法，研究人員可在組織中植入深達(dá)5.5厘米的傳感器，并且仍然獲得強(qiáng)烈的信號。

科學(xué)家使用許多不同類型的熒光傳感器，包括量子點(diǎn)、碳納米管和熒光蛋白質(zhì)，來標(biāo)記細(xì)胞內(nèi)的分子。這些傳感器的熒光可以通過向它們照射激光來觀察。然而，這在厚而致密的組織或組織深處不起作用，因?yàn)榻M織本身也會發(fā)出一些熒光。這種“自發(fā)熒光”淹沒了來自傳感器的信號。

為了克服這一限制，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種被稱為“波長誘導(dǎo)頻率濾波(WIFF)”的新技術(shù)，使用三個激光來產(chǎn)生具有振蕩波長的激光束。當(dāng)這種振蕩光束照射到傳感器上時，它會使傳感器發(fā)出的熒光頻率增加一倍。這使得研究人員很容易將熒光信號與自發(fā)熒光區(qū)分開來。使用該系統(tǒng)，研究人員能夠?qū)鞲衅鞯男旁氡忍岣?0倍以上。

這種傳感器的一種可能應(yīng)用是監(jiān)測化療藥物的有效性。為了證明這一潛力，研究人員將重點(diǎn)放在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤上。這種癌癥的患者通常選擇接受手術(shù)，盡可能多地切除腫瘤，然后接受化療藥物替莫唑胺，以消除任何剩余的癌細(xì)胞。

但這種藥物可能有嚴(yán)重的副作用，且并非對所有患者都有效，所以研究人員正在研究制造小型傳感器，這樣就可以植入腫瘤附近，從體外驗(yàn)證藥物在實(shí)際腫瘤環(huán)境中的療效。

當(dāng)替莫唑胺進(jìn)入人體后，它會分解成更小的化合物，其中包括一種被稱為AIC的化合物。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了可以檢測AIC的傳感器，并表明他們可以將其植入動物大腦中5.5厘米深的地方，甚至能夠通過動物的頭骨讀取傳感器發(fā)出的信號。

這種傳感器還可以用于檢測腫瘤細(xì)胞死亡的分子特征。

除了檢測替莫唑胺的活性外，研究人員還證明可以使用WIFF來增強(qiáng)來自各種其他傳感器的信號，包括此前開發(fā)的用于檢測過氧化氫、核黃素和抗壞血酸的基于碳納米管的傳感器。

研究人員說，新技術(shù)將使熒光傳感器可跟蹤大腦或身體深處其他組織中的特定分子，用于醫(yī)療診斷或監(jiān)測藥物效果。相關(guān)研究論文發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上。(科技日報實(shí)習(xí)記者張佳欣)