Инженеры усиливают сигналы флуоресцентных датчиков

Флуоресцентные и, которые можно использовать для маркировки и изображения самых разных молекул, позволяют заглянуть внутрь живых клеток. Однако обычно их можно использовать только в клетках, выращенных в лабораторных чашках, или в тканях, близких к поверхности тела, поскольку их сигнал теряется при слишком глубокой имплантации.


Инженеры Массачусетского технологического института придумали способ обойти это ограничение. Используя новый фотонный метод, который они разработали для возбуждения любого флуоресцентного датчика, они смогли значительно улучшить флуоресцентный сигнал. Исследователи показали, что при таком подходе они могут имплантировать датчики на глубину до 5,5 сантиметров в ткань и при этом получать сильный сигнал.

Исследователи говорят, что такая технология может позволить использовать флуоресцентные датчики для отслеживания определенных молекул внутри мозга или других тканей глубоко внутри тела, для медицинской диагностики или мониторинга эффектов лекарств.

«Если у вас есть флуоресцентный датчик, который может исследовать биохимическую информацию в клеточной культуре или в тонких слоях ткани, эта технология позволяет вам переводить все эти флуоресцентные красители и зонды в толстую ткань», — говорит Владимир Коман, научный сотрудник Массачусетского технологического института и один из ведущих авторов нового исследования.

Навид Бах С.М. ’15, доктор философии ’20 также является ведущим автором статьи, которая опубликована сегодня в Природа Нанотехнологии. Майкл Страно, профессор химической технологии Carbon P. Dubbs в Массачусетском технологическом институте, является старшим автором исследования.

Улучшенная флуоресценция

Ученые используют множество различных видов флуоресцентных датчиков, включая квантовые точки, углеродные нанотрубки и флуоресцентные белки, для маркировки молекул внутри клеток. Флуоресценцию этих датчиков можно увидеть, направив на них лазерный свет. Однако это не работает в толстой, плотной ткани или глубоко внутри ткани, потому что сама ткань также излучает флуоресцентный свет. Этот свет, называемый автофлуоресценцией, заглушает сигнал, исходящий от сенсора.

«Все ткани автофлуоресцируют, и это становится ограничивающим фактором», — говорит Коман. «По мере того, как сигнал от сенсора становится все слабее и слабее, он уступает место аутофлуоресценции тканей».

Чтобы преодолеть это ограничение, команда Массачусетского технологического института придумала способ модулировать частоту флуоресцентного света, излучаемого датчиком, чтобы его было легче отличить от автофлуоресценции ткани. Их метод, который они называют частотной фильтрацией, индуцированной длиной волны (WIFF), использует три лазера для создания лазерного луча с колеблющейся длиной волны.