Οι κβαντικές κουκίδες ενισχύουν την απεικόνιση των ιστών

Από την ιστοσελίδα του NewScientist, 30 Μαίου 2003

Μια νέα τεχνική πολύ μεγάλης ανάλυσης για την απεικόνιση ζωντανών ιστών βελτιώθηκε χάρις στην προσθήκη μικροσκοπικών ημιαγωγικών νανοκρυστάλλων, που ονομάζονται κβαντικές κουκίδες. Οι ερευνητές ελπίζουν τελικά να χρησιμοποιήσουν αυτή την τεχνική για να εξετάσουν τους όγκους στις ωοθήκες καθώς και άλλους τύπους καρκίνου βαθιά μέσα στο σώμα.

Σε μια πρόσφατη έρευνα, ο Watt Webb και συνάδελφοι του, στο Πανεπιστήμιο του Cornell στη Νέα Υόρκης, χρησιμοποίησαν Οι κβαντικές κουκίδες για να προκειμένου να πάρουν εξαιρετικά λεπτομερείς εικόνες των εσωτερικών τοιχωμάτων μικροσκοπικών τριχοειδών αγγείων. Αλλά, όπως η ομάδα εξηγεί, η πραγματική εφαρμογή είναι στην απεικόνιση του εγκέφαλου καθώς και στα καρκινικά κύτταρα στους ζωντανούς οργανισμούς.

Στα συγκεκριμένα καρκινικά κύτταρα οι επιστήμονες μπορούν να στοχεύσουν προσθέτοντας αντισώματα στις κβαντικές κουκίδες, τα οποία ακολούθως ενεργούν ως αυτόματες συσκευές πλοήγησης. Τότε, για παράδειγμα, η μετακίνηση των καρκινικών κυττάρων θα μπορούσε να παρακολουθηθεί καθώς αυτά μεταναστεύουν σε άλλη περιοχή του σώματος.

Οι ερευνητές συνδύασαν τις, έντονα φθορίζουσες, κβαντικές κουκίδες με μια υπάρχουσα τεχνική απεικόνισης, γνωστή ως μικροσκόπηση δύο φωτονίων, για να δημιουργήσουν ξεκάθαρες εικόνες του εσωτερικού των τριχοειδών αγγείων ενός ποντικιού. Η τεχνική αυτή είναι τόσο ευαίσθητη που οι ερευνητές μπορούσαν να δουν ακόμη και τον κυματισμό των τριχοειδών αγγείων καθώς παλλόταν η καρδιά του ποντικιού.

Τα μικροσκοπικά ημιαγωγικά νανοκρύσταλλα, κβαντικές κουκίδες, πλάτους μόνο μερικών νανομέτρων (nm), φθορίζουν όταν πέφτει πάνω τους το φως από ένα λέιζερ. Οι κβαντικές κουκίδες είναι ελκυστικά στους βιολόγους, επειδή δεν χάνουν το φθορισμό τους κάτω από λαμπερό φως, όπως κάνουν οι χημικές χρωστικές ουσίες. Και οι κβαντικές κουκίδες μπορούν να κατασκευαστούν για να εκπέμψουν πολλά χρώματα απλά αλλάζοντας το μέγεθός τους.

Γρήγορο μπαράζ

Για να δημιουργήσουν αυτές τις εικόνες, έγχυσαν κβαντικές κουκίδες και αμέσως μετά φωτίστηκε, με ένα λέιζερ,  το δέρμα του ποντικιού. Με αυτό τον τρόπο έστειλαν γρήγορους παλμούς φωτονίων χαμηλής ενέργειας στον ιστό. Το γρήγορο μπαράζ των παλμών αναγκάζει να απορροφηθούν δύο φωτόνια αντί για ένα, διεγείροντας με αυτό τον τρόπο τα σημεία που είναι για φθορισμό. Η περιοχή του στόχου φθορίζει πολύ λίγο εξωτερικά.  Έτσι αυτή η τεχνική δημιουργεί πολύ μικρή διασπορά υποβάθρου.

Επειδή οι κβαντικές κουκίδες είναι 3000 φορές φωτεινότερες από τις συμβατικές χρωστικές ουσίες, όταν χρησιμοποιούνται με την τεχνική των δύο φωτονίων, οι ερευνητές μπορούν να παρατηρήσουν ακόμα καλύτερα τους ιστούς από όσο θα μπορούσαν με τις συμβατικές χρωστικές ουσίες. Εντούτοις, για να χρησιμοποιήσουν αυτή την τεχνική βαθιά μέσα στο σώμα, θα πρέπει να συνδεθεί το λέιζερ με ένα ενδοσκόπιο.

Με τη χρησιμοποίηση των κβαντικών σημείων, κι όχι των συμβατικών χρωστικών ουσιών, πήραμε ανάλυση χιλιάδες φορές μεγαλύτερη, λέει ο Webb. Πρόσθετες μελέτες μάλιστα διαπίστωσαν ότι η τεχνική λειτουργεί πολύ καλά σε λιπώδεις ιστούς καθώς επίσης και μέσω του δέρματος. "Και τα δύο διασκορπίζουν το φως πολύ έντονα", σημειώνει.

Αλλά προτού να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν οι κβαντικές κουκίδες στους ανθρώπους, οι ερευνητές πρέπει πρώτα να μειώσουν την τοξικότητά τους - περιέχουν δηλητηριώδη μέταλλα όπως το κάδμιο. Μέχρι τώρα, εντούτοις, τα ποντίκια του πειράματος του Webb δεν έχουν παρουσιάσει κανένα σημάδι τοξικότητας.

Τα quantum dots ή κβαντικές κουκίδες είναι ημιαγωγικοί νανοκρύσταλλοι νανοκλίμακας, που συγκρατούν επιλεκτικά ή ελευθερώνουν ηλεκτρόνια. Αντίθετα από τα παραδοσιακό LCD, που πρέπει να φωτιστούν από πίσω για να εκπέμψουν φως, τα quantum dots παράγουν το δικό τους φως. Ανάλογα με το μέγεθός τους, Οι κβαντικές κουκίδες μπορούν "να συντονιστούν" για να εκπέμψουν οποιοδήποτε ορατό χρώμα. Επίσης τα χρώματα που παράγουν δεν είναι μόνο μονοχρωματικά αλλά και συνδυασμός πολλών άλλων χρωμάτων.