p Pesquisadores da National University of Singapore desenvolveram uma nova geração de nanossondas emissoras de infravermelho próximo (NIR) para imagens de super-resolução em tecidos profundos. Essas nanossondas são baseadas em nanomateriais dopados com lantanídeos com ricos níveis de energia, alta fotoestabilidade e cinética óptica programável. p Microscopia de depleção de emissão estimulada (STED), inventado por Stefan HELL em 2000 (premiado com o Prêmio Nobel de Química 2014), trouxe a microscopia óptica para a nanodimensão e estendeu profundamente nossos horizontes ao nível subcelular. Para um microscópio STED típico, dois feixes de laser são utilizados; um dos feixes de laser estimula as moléculas fluorescentes a brilharem e o outro cancela toda a fluorescência, exceto aquela que está presente em um volume nanométrico. Ao escanear a amostra de maneira gradual, nanômetro por nanômetro, pode-se obter uma imagem com resolução melhor que o limite estipulado por Abbe (limite físico para resolução máxima da microscopia óptica tradicional). Fluoróforos orgânicos são comumente usados ​​para microscopia STED. Contudo, os pulsos intensos na microscopia STED muitas vezes competem com a fluorescência espontânea rápida (k> 10 ⁸ s ^-1 ) dos fluoróforos, resultando em potencial fototoxicidade, fotobranqueamento, e significativo fundo de reexcitação induzida por depleção. Isso reduz a qualidade das imagens obtidas. Além disso, fluoróforos orgânicos geralmente funcionam na região da luz visível e isso dificulta aplicações potenciais envolvendo tecidos profundos.

p Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof LIU Xiaogang do Departamento de Química, Universidade Nacional de Singapura, descobriu que uma série de neodímio (Nd ³⁺ ) nanopartículas de lantanídeos dopadas podem atuar como nanossondas mais eficazes para aplicações de imagem STED, permitindo autofluorescência livre, baixo consumo de energia, imagem de super-resolução em janelas ópticas NIR. Após a excitação por um feixe de laser de comprimento de onda de 808 nm, estes Nd ³⁺ nanopartículas dopadas emitem forte luminescência em torno da região NIR de 860 nm com mais de 20% de eficiência. Quando coiluminado com um 1, Laser de comprimento de onda de 064 nm, esta luminescência NIR é desligada imediatamente. A equipe de pesquisa descobriu que uma eficiência próxima da unidade (98,8%) na supressão de luminescência pode ser alcançada aumentando o poder de depleção. Em comparação com a microscopia STED mediada por corante orgânico, a quantidade de energia necessária para reduzir a intensidade da luminescência pela metade, conhecido como intensidade de saturação, é mais de duas ordens de magnitude menor. Esta habilidade do Nd ³⁺ As nanopartículas dopadas para serem ligadas e desligadas usando diferentes comprimentos de onda de feixe de laser em condições de baixa potência permitiram que o processo STED atingisse uma resolução lateral de cerca de 19 nm para uma única nanopartícula. A equipe de pesquisa também demonstrou imagens de tecido profundo de alto contraste (~ 50 mm) com resolução espacial de aproximadamente 70 nm. Mais importante, essas nanossondas não mostraram nenhum sinal de fotodegradação, mesmo após duas horas de irradiação.

p Além da qualidade visual, a equipe também investigou o mecanismo subjacente ao desempenho do Nd ³⁺ nanopartículas dopadas em aplicações de imagem STED. Com uma configuração de quase quatro níveis e longa vida (> 100 milissegundos) estados metaestáveis, estes Nd ³⁺ -dopednanopartículas podem ser facilmente excitadas para o nível de emissão metaestável e o nível de energia acima do estado fundamental. Como as nanopartículas podem permanecer nos estados excitados por um longo período de tempo, menos energia do laser é necessária para o processo de imagem. A configuração de quatro níveis também pode eliminar a reexcitação induzida por feixe de depleção, levando a um processo eficiente de esgotamento de emissões estimuladas.

p O professor Liu disse:"Nos últimos anos, muitos pesquisadores têm enfrentado desafios a longo prazo, tecido profundo, imagem de alta resolução. Esta nova geração de nanossondas de lantanídeos pode potencialmente encontrar aplicações importantes em bioimagem e detecção molecular. "