Istraživači su razvili novi sistem za snimanje nanočestica. Sastoji se od visoko precizne, kratkotalasne infracrvene tehnike snimanja koja je sposobna da uhvati životni vek fotoluminiscencije nanočestica dopiranih retkom zemljom u opsegu od mikro do milisekundi.
Ovo otkriće, koje je naslovljeno „Kratkotalasna infracrvena fotoluminiscencija doživotnog mapiranja nanočestica dopiranih retkom zemljom korišćenjem sveoptičkih traka slike“ i objavljeno u časopisu Napredna nauka, utire put za obećavajuće primene, posebno u oblasti biomedicine i bezbednosti informacija.
Elementi retkih zemalja su strateški metali koji poseduju jedinstvena svojstva emitovanja svetlosti koja ih čine veoma atraktivnim istraživačkim alatima u najsavremenijoj nauci. Štaviše, životni vek fotoluminiscencije nanočestica dopiranih ovim jonima ima prednost što na njega minimalno utiču spoljašnji uslovi. Kao rezultat toga, njegovo merenje putem slikanja daje podatke iz kojih se mogu izvesti tačne i veoma pouzdane informacije. Iako ova oblast beleži izuzetan napredak, postojeći optički sistemi za ovu vrstu merenja su manje nego idealni.
Istraživače su predvodili profesori Jiniang Liang i Fiorenzo Vetrone iz Energie Materiauk Telecommunications Research Center na Institutu National de la Recherche Scientifikue (INRS).
„Do sada su postojeći optički sistemi nudili ograničene mogućnosti zbog neefikasne detekcije fotona, ograničene brzine snimanja i niske osetljivosti“, objašnjava Liang, specijalista za ultrabrzo snimanje i biofotoniku.
Do danas, najčešća tehnika za merenje životnog veka fotoluminiscencije nanočestica dopiranih retkom zemljom uključivala je brojanje pojedinačnih fotona koji su vremenski korelisani.
„Ova metoda zahteva veliki broj ponovljenih pobuda na istoj lokaciji jer detektor može da obradi samo ograničen broj fotona za svaku ekscitaciju“, kaže prvi autor studije Miao Liu, dr. student energetike i nauke o materijalima pod rukovodstvom prof. Liang i Vetrone.
Međutim, dugi životni vek fotoluminiscencije nanočestica dopiranih retkom zemljom u infracrvenom spektru, od stotina mikrosekundi do nekoliko milisekundi, ograničavaju brzinu ponavljanja ekscitacije. Kao rezultat toga, vreme zadržavanja piksela potrebno za izgradnju krive opadanja intenziteta fotoluminiscencije je mnogo duže.
Da bi prevazišli ovaj izazov, timovi Lianga i Vetronea su kombinovali optiku trake sa kamerom visoke osetljivosti. Dobijeni uređaj se zove SVIR-PLIMASC (SVIR za kratkotalasnu infracrvenu i PLIMASC za fotoluminiscencijsku mikroskopiju za životni vek uz korišćenje potpuno optičke kamere). U velikoj meri poboljšava mapiranje optičkih svojstava kratkotalasne infracrvene fotoluminiscencije. To je prvi visokoosetljivi, brzi SVIR sistem za snimanje u oblasti optike.
„Ima nekoliko prednosti“, kaže Liu. „Na primer, on reaguje na širok spektar spektra, od 900 nm do 1700 nm, omogućavajući detekciju fotoluminiscencije na različitim talasnim dužinama i/ili spektralnim opsezima.
The Ph.D. student dodaje da se uz pomoć ovog uređaja životni vek fotoluminiscencije u infracrvenom spektru, od mikrosekundi do milisekundi, može direktno uhvatiti u jednom snimku sa brzinom 1D slike koja se može podesiti od 10,3 kHz do 138,9 kHz.
Konačno, operacija koja dodeljuje vremenske informacije o fotoluminiscenciji različitim prostornim pozicijama obezbeđuje da se ceo proces opadanja intenziteta 1D fotoluminiscencije može snimiti u jednom snimku, bez ponovljene ekscitacije. „Uštedite vreme, ali i dalje dobijate visoku osetljivost“, kaže Liu.
Rad obavljen u okviru ovog istraživanja imaće veoma opipljiv uticaj. U oblasti biomedicine, napredak koji je omogućio SVIR-PLIMASC mogao bi se koristiti u borbi protiv raka, kaže Vetrone, čija stručnost leži u nanomedicini.
„Pošto se naš sistem primenjuje na fotoluminiscenciono snimanje jona retkih zemalja na osnovu temperature, verujemo da bi dobijeni podaci mogli, na primer, da pomognu da se ćelije raka otkriju još ranije i preciznije. Metabolizam tih ćelija podiže temperaturu okolna tkiva“, kaže Vetrone.
Inovativni sistem se takođe može koristiti za skladištenje informacija na poboljšanim nivoima bezbednosti, tačnije za sprečavanje falsifikovanja dokumenata i podataka. Konačno, u fundamentalnoj nauci, ovi rezultati bez presedana omogućiće naučnicima da sintetišu nanočestice retkih zemalja sa još zanimljivijim optičkim svojstvima.
