Eine lang ersehnte Ziel der Schaffung von Partikeln, die eine bunte fluoreszieren in einer biologischen Umgebung emittieren kann , und das genau in die richtige Position innerhalb von lebenden Zellen manipuliert werden konnte , wurde von einem Team von Forschern am MIT und mehreren anderen Institutionen erreicht. Die Feststellung wird in dieser Woche in der Zeitschrift Nature Communications berichtet .
Die neue Technologie könnte es möglich machen , die Position der Nanopartikel zu verfolgen, während sie sich im Körper oder in einer Zelle. Gleichzeitig könnten die Nanopartikel gerade durch Anlegen eines Magnetfeldes , um sie zu ziehen entlang manipuliert werden. Und schließlich könnte die Partikel eine Beschichtung aus einem bioreaktiven Stoff, aufzusuchen und besonders Moleküle im Körper , wie zum Beispiel Marker für binden könnten Tumor Zellen oder andere Krankheitserreger .
"Es war ein Traum von mir seit vielen Jahren , um eine Nanomaterial , das sowohl Fluoreszenz und Magnetismus in einem kompakten Objekt enthält ", sagt Moungi Bawendi , die Lester Wolfe Professor für Chemie am MIT und leitende Autor der neuen Papier. Während andere Gruppen haben eine Kombination dieser beiden Eigenschaften erreicht , sagt Bawendi , dass er " war nie sehr zufrieden" mit den Ergebnissen bisher von seinem eigenen Team oder andere erreicht .
Für eine Sache, sagt er, haben solche Teilchen zu groß, um praktische Sonden von lebendem Gewebe zu machen gewesen : "Sie haben tendenziell eine Menge vergeudete Volumen zu haben", sagt Bawendi . " Die Kompaktheit ist entscheidend für die biologische und viele andere Anwendungen."
Zusätzlich waren vorherige Bemühungen nicht mit einheitlicher und vorhersagbare Größe, die auch eine wesentliche Eigenschaft für diagnostische oder therapeutische Anwendungen produzieren könnte .
Darüber hinaus sagt Bawendi , "Wir wollten in der Lage sein , diese Strukturen in den Zellen mit magnetischen Feldern zu manipulieren , sondern auch genau wissen, was es ist, wir ziehen werden." Alle diese Ziele werden durch die neue Nanopartikel, die mit großer Präzision durch die Wellenlänge ihrer Fluoreszenz- Emissionen identifiziert werden erreicht .
Das neue Verfahren erzeugt die Kombination der gewünschten Eigenschaften " in einem möglichst kleinen Paket wie möglich" Bawendi sagt - die dazu beitragen könnte den Weg für Partikel mit anderen nützlichen Eigenschaften, wie die Fähigkeit, mit einer bestimmten Art von Biorezeptor zu binden, oder ein anderes Molekül von Interesse .
In dem von Bawendi -Team , von der Hauptautor und Postdoc Ou Chen führte entwickelte Technik , die Nanopartikel zu kristallisieren , so dass sie durch Selbstorganisation in genau der Art und Weise, auf die nützlichste Ergebnis führt : Die magnetischen Partikel Cluster in der Mitte , während die Leuchtstoffpartikel zu bilden eine gleichmäßige Beschichtung um sie herum. Das setzt die Fluoreszenzmoleküle in der sichtbarsten Stelle zu ermöglichen, dass die Nanopartikel optisch durch ein Mikroskop verfolgt werden.
"Das sind schöne Strukturen, sie sind so sauber ", sagt Bawendi . Dass Einheitlichkeit entsteht , zum Teil, weil die Ausgangsmaterial , fluoreszierende Nanopartikel, die Bawendi und seine Gruppe haben seit Jahren perfektioniert wurde, sind sich perfekt einheitlicher Größe . "Man muss sehr einheitliches Material zu verwenden, um so eine einheitliche Konstruktion zu produzieren ", sagt Chen .
Zumindest am Beginn , die Partikel könnten verwendet werden, um biologische Grundfunktioneninnerhalb der Zellen zu sondieren , schlägt Bawendi . Da die Arbeit fort , späteren Experimenten kann zusätzliche Materialien der Partikel Beschichtung hinzuzufügen , so daß sie in spezifischer Weise mit Molekülen oder Strukturen innerhalb der Zelle zu kommunizieren, entweder für die Diagnose oder Behandlung.
Die Fähigkeit, die Partikel mit Elektromagneten ist der Schlüssel zur Verwendung in der biologischen Forschung manipulieren , erklärt Bawendi : Die winzigen Partikel sonst im Durcheinander von Molekülen zirkulierenden innerhalb einer Zelle verloren gehen. "Ohne eine magnetische " handle , " es ist wie eine Nadel im Heuhaufen ", sagt er . "Aber mit dem Magnetismus , können Sie es leicht finden können . "
Ein Silica-Beschichtung auf den Teilchen ermöglicht zusätzliche Moleküle zu befestigen , wodurch die Partikel mit spezifischen Strukturen innerhalb der Zelle binden. "Silica macht es völlig flexibel , es ist ein gut entwickeltes Material, das fast alles binden können ", sagt Bawendi .
Zum Beispiel könnte die Beschichtung ein Molekül, das an einen bestimmten Typ von Tumorzellen bindet, zu haben; dann , "Du könntest sie zu nutzen , um den Kontrast zu erhöhen ein MRI , So können Sie die räumliche makroskopischen Umrisse einer Tumor sehen konnte ", sagt er .
Der nächste Schritt für das Team ist es, die neuen Nanopartikel in einer Vielzahl von biologischen Einstellungen zu testen. "Wir haben das Material ", sagt Chen . " Jetzt haben wir es zu benutzen, und wir sind mit einer Reihe von Gruppen auf der ganzen Welt für eine Vielzahl von Anwendungen zu arbeiten."