Un sistema de imágenes más rápido y eficiente para nanopartículas

Una nueva técnica desarrollada en el INRS supera algunos de los límites de las imágenes infrarrojas de nanopartículas dopadas con tierras raras.

Varin, QC, 30 de enero de 2024 /CNW/ – Equipos liderados por profesores Jin Yang Liang Y Fiorenzo Vetroni El Centro de Investigación en Telecomunicaciones Énergie Matériaux del Instituto Nacional de Investigaciones Científicas (INRS) ha desarrollado un nuevo sistema de imágenes de nanopartículas. Consiste en una técnica de imágenes infrarrojas de onda corta y alta resolución capaz de capturar la vida útil de la fotoluminiscencia de nanopartículas dopadas con tierras raras en el rango de micro a milisegundos.

Este descubrimiento pionero, que fue publicado en la revista ciencia avanzadaAllana el camino para aplicaciones prometedoras, especialmente en los campos de la biomedicina y la seguridad de la información.

Los elementos de tierras raras son minerales estratégicos que poseen propiedades únicas de emisión de luz que los convierten en herramientas de investigación muy atractivas para la ciencia de vanguardia. Además, la vida útil de la fotoluminiscencia de las nanopartículas dopadas con estos iones tiene la ventaja de verse mínimamente afectada por las condiciones externas. Como resultado, medirlo mediante imágenes proporciona datos de los que se puede derivar información muy precisa y confiable.

Aunque este campo está experimentando avances significativos, los sistemas ópticos existentes para este tipo de medición no han sido ideales.

«Hasta ahora, los sistemas ópticos actuales han ofrecido capacidades limitadas debido a una detección de fotones ineficiente, una velocidad de imagen limitada y una baja sensibilidad», explica el profesor. Jin Yang Liangespecializada en imágenes de alta velocidad y biofotónica.

Hasta la fecha, la técnica más común para medir la vida útil de la fotoluminiscencia de nanopartículas dopadas con tierras raras implica el recuento de fotones individuales correlacionados en el tiempo.

«Este método requiere una gran cantidad de excitaciones repetidas en el mismo lugar porque el detector sólo puede procesar una cantidad limitada de fotones por excitación», dice el primer autor del estudio. Miao Liu, Un doctorado. Estudiante de ciencias de la energía y materiales bajo la supervisión del Prof. Dr. Liang y Vitrón.

Sin embargo, la larga vida útil de la fotoluminiscencia de las nanopartículas dopadas con tierras raras en el espectro infrarrojo, desde cientos de microsegundos hasta varios milisegundos, limita la tasa de repetición de la excitación. Como resultado, el tiempo de residencia de los píxeles necesario para construir la curva de caída de la intensidad de la fotoluminiscencia es mucho más largo.

Empujando los limites

Para superar este desafío, el equipo de Liang y Vetrone combinó ópticas en cascada con una cámara de alta sensibilidad. El dispositivo resultante se llama SWIR-PLIMASC (SWIR para infrarrojos de onda corta y PLIMASC para microscopía de imágenes de fotoluminiscencia de por vida con una cámara de línea totalmente óptica). Mejora enormemente la correspondencia de las propiedades ópticas con la vida útil de la fotoluminiscencia infrarroja de onda corta. Es el primer sistema de imágenes SWIR de alta sensibilidad y alta velocidad en el campo de la óptica.

«Tiene muchas ventajas», afirma Miao Liu. “Por ejemplo, responde a un amplio rango espectral, de 900 nm a 1.700 nm, lo que permite detectar fotoluminiscencia en diferentes longitudes de onda y/o rangos espectrales”.

Doctor. El estudiante agrega que con la ayuda de este dispositivo, la vida útil de la fotoluminiscencia en el espectro infrarrojo, desde microsegundos hasta milisegundos, se puede capturar directamente en un solo disparo a una velocidad de imagen unidimensional que se puede ajustar de 10,3 kHz a 138,9 kHz. .

Finalmente, un proceso que asigna información temporal de fotoluminiscencia a diferentes ubicaciones espaciales garantiza que todo el proceso de intensidad de fotoluminiscencia 1D pueda registrarse en una sola toma, sin excitación repetida. “Ahorras tiempo, pero aún así tienes una alta sensibilidad”, resume Miao Liu.

Aplicaciones biomédicas y de seguridad.

El trabajo realizado como parte de esta investigación tendrá un impacto muy tangible. En el campo de la biomedicina, el profesor cree que los avances logrados por SWIR-PLIMASC pueden utilizarse para luchar contra el cáncer. Fiorenzo Vetronicuya experiencia radica en la nanomedicina.

«Dado que nuestro sistema se aplica a la obtención de imágenes ópticas de vida útil de iones de tierras raras que dependen de la temperatura, creemos que los datos obtenidos podrían, por ejemplo, ayudar a detectar células cancerosas incluso antes y con mayor precisión. El metabolismo de esas células aumenta la temperatura de las células cancerosas. Tejido circundante”, afirma el profesor Vitrone.

El innovador sistema también se puede utilizar para almacenar información con niveles de seguridad mejorados, más específicamente para evitar la falsificación de documentos y datos. Finalmente, en ciencia básica, estos resultados sin precedentes permitirán a los científicos sintetizar nanopartículas de tierras raras con propiedades ópticas aún más interesantes.

sobre el papel

Participó en la redacción de este artículo. Miao Liu, Yingming Lai, Miguel Márquez, Fiorenzo VetroniY Jin Yang Liang. Valioso Mapeo de la vida útil de la fotoluminiscencia infrarroja de onda corta de nanopartículas dopadas con tierras raras mediante imágenes totalmente ópticasFue publicado en la edición del 6 de enero de 2024 de ciencia avanzada. https://doi.org/10.1002/advs.202305284

Esta investigación fue financiada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales. CanadáEl Programa Canadiense de Cátedras de Investigación, la Fundación Canadiense para la Innovación, el Ministerio de Economía e Innovación de Quebec, la Sociedad Canadiense del Cáncer y el Gobierno de Quebec. Canadá Fondo para Nuevas Fronteras en Investigación, así como la Fundación de la Investigación de Québec
– Fundación Naturaleza, Tecnologías e Investigación de Quebec – Salud.

Acerca del INRS

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Fuente: Instituto Nacional de Investigaciones Científicas (INRS)

Para más información: Julie Robert, Departamento de Comunicaciones y Asuntos Públicos, Instituto Nacional de Investigación Científica, [email protected]

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