Um novo método da Rice University para imagens médicas usa luz forte de um conjunto de LEDs e um detector de fotodiodo de avalanche para identificar a localização de tumores que foram marcados por nanotubos de carbono direcionados a anticorpos. O método pode detectar fluorescência de nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) em até 20 milímetros de tecido. Crédito:Weisman Lab / Rice University
Banhar um paciente com luz LED pode, algum dia, oferecer uma nova maneira de localizar tumores, de acordo com pesquisadores da Rice University.
O sistema de triangulação espectral desenvolvido pelo químico do Rice Bruce Weisman e seus colegas tem como objetivo localizar tumores cancerígenos marcados com nanotubos de carbono ligados a anticorpos. É descrito em um artigo na revista Royal Society of Chemistry Nanoescala .
Como a absorção de luz infravermelha de ondas curtas nos tecidos varia com seu comprimento de onda, a análise espectral da luz que atravessa a pele pode revelar a profundidade do tecido por onde essa luz passou. Isso permite que as coordenadas tridimensionais do farol de nanotubo sejam deduzidas de um pequeno conjunto de medições ópticas não invasivas.
A técnica de Rice se baseia no fato de que os nanotubos de carbono de parede única apresentam fluorescência natural em comprimentos de onda infravermelha de onda curta quando excitados pela luz visível. Um detector altamente sensível chamado fotodiodo de avalanche InGaAs (arsenieto de gálio e índio) tornou possível ler sinais fracos de nanotubos de até 20 milímetros de profundidade no tecido simulado usado para testes de laboratório.
"Estamos usando um detector extremamente sensível que não foi aplicado a esse tipo de trabalho antes, "disse Weisman, um pioneiro reconhecido por sua descoberta e interpretação da fluorescência do infravermelho próximo de nanotubos de parede única.
"Este fotodiodo de avalanche pode contar fótons no infravermelho de ondas curtas, que é uma faixa espectral desafiadora para sensores de luz. O objetivo principal é ver o quão bem podemos detectar e localizar a emissão de concentrações muito pequenas de nanotubos dentro dos tecidos biológicos. Isso tem aplicações potenciais em diagnósticos médicos. "
Usar diodos emissores de luz para excitar os nanotubos é eficaz - e barato, Weisman disse. "É relativamente pouco convencional usar LEDs, "ele disse." Em vez disso, lasers são comumente usados para excitação, mas os feixes de laser não podem ser focados dentro dos tecidos por causa da dispersão. Nós banhamos a superfície da amostra com luz LED sem foco, que se difunde através dos tecidos e excita os nanotubos em seu interior. "
Pesquisadores da Rice University criaram uma nova maneira de identificar a localização de tumores cancerígenos usando luz LED forte, um detector único e nanotubos direcionados. Da esquerda:Bruce Weisman, Michael Vu, Kathleen Beckingham, Ching-Wei Lin e Sergei Bachilo. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Uma pequena sonda ótica montada na estrutura de uma impressora 3-D segue um padrão programado por computador enquanto a sonda toca suavemente a pele para fazer leituras em pontos de grade espaçados alguns milímetros entre si.
Antes de chegar ao detector, a luz dos nanotubos é parcialmente absorvida pela água à medida que viaja pelos tecidos. Weisman e sua equipe usam isso a seu favor. "Uma pesquisa bidimensional nos diz as coordenadas X e Y do emissor, mas não Z - a profundidade, "ele disse." Isso é uma coisa muito difícil de deduzir de uma varredura de superfície. "
A triangulação espectral supera a limitação. "Aproveitamos o fato de que diferentes comprimentos de onda de emissão de nanotubos são absorvidos de forma diferente através do tecido, "Weisman disse." A água (no tecido circundante) absorve os comprimentos de onda mais longos provenientes dos nanotubos com muito mais força do que os comprimentos de onda mais curtos.
"Se estivermos detectando nanotubos perto da superfície, as emissões de comprimento de onda longo e curto são relativamente semelhantes em intensidade. Dizemos que o espectro não é perturbado.
“Mas se a fonte de emissão for mais profunda, a água nesse tecido absorve os comprimentos de onda mais longos, preferencialmente aos comprimentos de onda mais curtos, "disse ele." Portanto, o equilíbrio entre as intensidades dos comprimentos de onda curtos e longos é um parâmetro para medir a profundidade da fonte. É assim que obtemos a coordenada Z. "
O detector agora está sendo testado no laboratório do Dr. Robert Bast, especialista em câncer de ovário e vice-presidente de pesquisa translacional do MD Anderson Cancer Center da Universidade do Texas.
"Isso nos dá a chance de ver os nanotubos mais profundamente dentro dos tecidos, porque tão pouca luz que os nanotubos emitem chega à superfície, "Weisman disse." Nós fomos capazes de detectar nos tecidos mais profundamente do que qualquer outra pessoa relatou. "
