Pesquisadores da UTS, como parte de uma grande colaboração internacional, fizeram um grande avanço no desenvolvimento de compactos, microscopia óptica prática e de baixo custo para obter imagens de super-resolução em uma escala 10 vezes menor do que a que pode ser alcançada atualmente com a microscopia convencional.

Esta descoberta supera dois obstáculos - custo e calor - que limitam o desenvolvimento de imagens de altíssima resolução para que pesquisadores biológicos e biomédicos possam fazer exames detalhados de células e organismos vivos.

As descobertas da equipe de pesquisa, relatado em Natureza , mostram que nanopartículas luminescentes brilhantes podem ser ligadas e desligadas usando um feixe de laser infravermelho de baixa potência.

Professor Dayong Jin da UTS, um pesquisador líder do projeto, disse que o uso de um feixe de laser de baixa potência era a chave para resolver os dois problemas de gargalo de custo e calor.

"Atualmente, para ligar e desligar cada pixel individual para imagens de super-resolução, você precisa de um laser volumoso com muita potência, "Professor Jin disse.

"O laser de alta potência significa que você acaba com um equipamento muito caro, normalmente mais de $ 1 milhão. E com um laser de alta potência brilhando em uma amostra biológica frágil, a amostra fica essencialmente 'cozida'.

"A redução significativa da necessidade de energia elimina a necessidade de lasers volumosos e caros e os torna muito mais biocompatíveis."

O uso de nanopartículas semelhantes a lâmpadas para bioimagem de super-resolução é um desenvolvimento relativamente recente que atraiu grande atenção internacionalmente. As nanopartículas atuam como sondas moleculares para iluminar as estruturas subcelulares. Contudo, limitações fundamentais da luz restringem o tamanho mínimo dos pixels da imagem a cerca de 200 nm, cerca de metade de um comprimento de onda de excitação e insuficiente para visualizar muitas estruturas biológicas de interesse.

Esta nova pesquisa mostra que nanopartículas de até 13 nm de tamanho, possivelmente ainda menor, pode ser visualizado em uma nova forma de nanoscopia óptica, onde a luminescência indesejada é suprimida por um laser infravermelho de baixa potência.

O professor Jin foi o vencedor do Prêmio Eureka de Excelência em Pesquisa Científica Interdisciplinar de 2015 por seu trabalho no desenvolvimento de nanocristais conhecidos como Super Dots e é diretor da Iniciativa UTS para Materiais e Dispositivos Biomédicos (IBMD). Ele, seus alunos e colaboradores têm trabalhado com tecnologia fotônica em nanoescala há vários anos.

“Estamos interessados ​​em realizar pesquisas focadas em soluções que ofereçam potencial para a indústria. Identificamos os principais problemas no campo, encontre uma solução e prossiga para as próximas etapas em direção à tradução de tecnologia, "Professor Jin disse.

"Fazer isso, você precisa encontrar o parceiro certo com habilidades complementares, construir uma relação baseada na confiança e carregá-la com persistência, como fizemos ao longo dos seis anos que levamos para concluir esta pesquisa. "

Ele disse que esta nova ferramenta abre oportunidades para entender como a máquina de vida funciona, de uma forma não invasiva, esperançosamente levando a uma melhor compreensão dos patógenos e doenças da resistência aos antibióticos, e o sistema imunológico.

Professor Jim Piper, da Macquarie University e do ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics, foi co-pesquisador no estudo da Nature. Ele disse que os resultados da pesquisa foram empolgantes porque essas nanopartículas têm "propriedades únicas que permitirão aos pesquisadores ver mais profunda e claramente no nível celular e intracelular - onde as proteínas, anticorpos e enzimas, em última análise, dirigem a maquinaria da vida ".

"O que fizemos foi ilustrar que as nanopartículas minúsculas oferecem um potencial substancial como uma nova geração de sondas luminescentes para nanoscopia óptica. Isso abre um caminho inteiramente novo no estudo de processos biológicos vivos."

Professor Associado Peng Xi da Universidade de Pequim, um pesquisador líder em microscopia de super-resolução, disse, “Depois do prêmio Nobel de 2014, a atenção da comunidade de super-resolução tem se concentrado no desenvolvimento de técnicas compatíveis com células vivas. Nossas nanopartículas de terras raras recentemente desenvolvidas diminuem a necessidade de laser de alta potência em duas a três ordens de magnitude, que permite a ampla aplicação dessa tecnologia em células vivas e diminui drasticamente o custo e a complexidade do sistema. "

A pesquisa para "Emissão estimulada amplificada em nanopartículas de conversão ascendente para nanoscopia de super resolução" foi conduzida por cientistas da UTS, Universidade Macquarie, Universidade de Pequim e Universidade Jiao-tong de Xangai.