A formação de imagem biológica fluorescente é uma técnica amplamente usada para visualizar fenômenos biológicos. As proteínas fluorescentes e os pontos quânticos são comumente usados como fluoróforos para esta finalidade, e a luz visível muitas vezes é a fonte de excitação. No entanto, a alta energia da luz de comprimento de onda curto, como a luz visível, tem impactos indesejáveis em comparação com a luz infravermelha próxima (NIR) de comprimento de onda mais longo:
- Mais fotobranqueamento
- Maior fototoxicidade para as amostras biológicas
- Profundidade de penetração limitada devido à maior dispersão
A formação de imagem por conversão ascendente é uma técnica de observação que adquire a fluorescência visível por meio da excitação da luz infravermelha próxima (NIR). Ela tem atraído atenção nos últimos anos porque oferece uma forma de superar os problemas da formação de imagem de fluorescência mencionados acima.
O que é a conversão ascendente?
A conversão ascendente é o fenômeno de excitação por meio de comprimentos de onda longos, como a luz infravermelha próxima, e emissão de luz de comprimento de onda mais curto (luz visível ou UV) do que a luz de excitação.
A formação de imagem com nanopartículas de conversão ascendente (UCNPs) usa um diodo laser de onda contínua (CW) para a excitação e a excitação em várias etapas por meio da irradiação de luz infravermelha próxima para emitir a luz visível de alta energia e comprimento de onda curto.
Figura 1.Diagrama conceitual da conversão ascendente de fótons
Quais são os benefícios da formação de imagem por conversão ascendente?
A formação de imagem de fluorescência com UCNPs usa um laser de comprimento de onda NIR (808 nm, 980 nm etc.) para a excitação, o que possibilita a formação de imagem em áreas mais profundas dos tecidos e organismos com menos dispersão. Além disso, uma vez que a luz de comprimento de onda mais longo tem uma energia mais baixa, ela causa menos danos ao organismo em comparação com a excitação com a luz visível de energia mais alta. As UCNPs também são altamente estáveis e não sofrem fotobranqueamento facilmente, o que as torna adequadas para a formação de imagem tanto de células como de organismos vivos.
Além disso, a excitação para a conversão ascendente pode ser obtida com um laser diodo de CW em vez de um laser pulsado de alta potência. Isso permite que os pesquisadores realizem experimentos na janela óptica biológica de NIR ideal* com a simplicidade de um sistema de microscópio confocal, em vez de um sistema de microscópio multifóton mais complexo e caro.
Figura 2.Exemplo do microscópio confocal da série FLUOVIEW™ com uma unidade de introdução de laser para conversão ascendente
Exemplos de aplicações nas quais a conversão ascendente pode ser usada:
- Desenjaulamento de componentes enjaulados
- Ativação dos canais de íons
- Estimulação de nervos
- Transferência de energia de ressonância por luminescência (LRET)
Figura 3.Larvas de peixe-zebra, cinco dias após a fertilização.
As células de glioma U87 foram coincubadas com a UCNP revestida com ácido colomínico a 5 ug/ml por 12 horas, injetadas em larvas de peixe-zebra 5 dias após a fertilização e foi identificada a distribuição de nanopartículas no peixe-zebra.
Canal verde: GFP expresso pelas células endoteliais em peixe-zebra transgênico
Canal vermelho (UCNP): Nanopartículas de NaYbF4:Tm@NaYF4 com núcleo-concha de 70 nm revestidas com DSPE-PEG, sem outras marcações
Imagem cortesia do Dr.Yiqing Lu, School of Engineering, Macquarie University.
Soluções de conversão ascendente da EVIDENT
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* Janela óptica biológica: faixa do comprimento de onda do infravermelho próximo (650 nm–1000 nm) onde a luz penetra facilmente nos organismos vivos.
Referências
▸Na Ren, Na Liang, Xin Yu, Aizhu Wang, Juan Xie, Chunhui Sun. Ligand-free upconversion nanoparticles for cell labeling and their effects on stem cell differentiation. Nanotechnology. 2020 Apr 3;31(14):145101.
▸Yanxiao Ao, Kanghua Zeng, Bin Yu, Yu Miao, Wesley Hung, Zhongzheng Yu, Yanhong Xue, Timothy Thatt Yang Tan, Tao Xu, Mei Zhen, Xiangliang Yang*, Yan Zhang, and Shangbang Gao. An Upconversion Nanoparticle Enables Near Infrared-Optogenetic Manipulation of the Caenorhabditis elegans Motor Circuit. ACS Nano 2019, 13, 3, 3373–3386.
▸Yong-Xiang Wu, Xiao-Bing Zhang, Dai-Liang Zhang, Cui-Cui Zhang, Jun-Bin Li, Yuan Wu, Zhi-Ling Song, Ru-Qin Yu, Weihong Tan. Quench-Shield Ratiometric Upconversion Luminescence Nanoplatform for Biosensing. Analytical Chemistry 2016, 88, 3, 1639–1646.
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