Wzorem jest starożytny barwnik – błękit egipski Lśniący błękit do zdjęć radiologicznych

Techniki obrazowania stosowane w analizie komórkowej często wymagają odpowiednich barwników. Szwajcarscy naukowcy zajmujący się materiałoznawstwem opracowali właśnie nowatorski nanobarwnik, który opiera się na jego tysiącletnim poprzedniku. 

W celu wykrywania chorób i monitorowania terapii medycznych stosuje się metody obrazowania. W tym celu nowoczesne środki kontrastowe muszą nadążać za postępem w dziedzinie radiologii. Zespół pod kierownictwem Roberta Nisslera i Inge Herrmann z laboratorium „Nanomaterials in Health” należącego do Empa w St. Gallen, Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH Zürich), Kliniki Uniwersyteckiej Balgrist oraz Uniwersytetu w Zurychu opracował zatem nanobarwnik, który umożliwia uzyskanie obrazów struktur mózgu o wysokiej rozdzielczości.

Wzór: historyczny barwnik

Zespół znalazł obiecującego kandydata w postaci historycznego materiału zawierającego miedź, tzw. błękitu egipskiego. Pigment ten należy do pierwszych barwników wytworzonych sztucznie w historii ludzkości i był stosowany już ponad 4500 lat temu, m.in. w malowidłach ściennych, na starożytnej ceramice oraz egipskich posągach.

Oprócz jaskrawo niebieskiego koloru, widocznego gołym okiem, błękit egipski ujawnia swoją tajemnicę przed specjalnymi kamerami, gdy tylko zostanie oświetlony w ciemności światłem bliskiej podczerwieni: wykazuje fluorescencję i emituje światło.

Właściwości fluorescencyjne w świetle o długiej fali były dla naukowców niezwykle interesujące, przy czym wyzwaniem było przetworzenie surowca w sposób tak delikatny, aby powstały dwuwymiarowe nanostruktury, które zachowają swoją fascynującą luminescencję w trakcie procesu. Robert Nissler zastosował w tym celu tzw. syntezę płomieniową, która całkowicie odwraca historyczny proces produkcji: Zamiast rozdrabniać rudę miedzi i poddawać ją obróbce termicznej w celu uzyskania drobnego pigmentu, Nissler zaczął od nanocząstek, które podczas syntezy płomieniowej najpierw tworzą cząsteczki tlenku metalu, a następnie – pod wpływem promieniowania laserowego – są budowane w dwuwymiarowe, ultrajasne nanowarstwy. „Proces ten jest nie tylko delikatny i łatwy do kontrolowania, ale także można go skalować do zastosowań przemysłowych” – twierdzi Robert Nissler.

Zaznaczanie poszczególnych komórek odpornościowych

Kierowniczka zespołu, Inge Herrmann, jest zadowolona: „Nowy materiał hybrydowy nadaje się do obrazowania w bardzo wysokiej rozdzielczości w czasie rzeczywistym”. Inżynierka wyjaśnia, że można na przykład śledzić drogę poszczególnych komórek odpornościowych w tkance, które wcześniej wchłonęły nanobarwnik. To, co jak dotąd wygląda obiecująco w eksperymentach laboratoryjnych prowadzonych we współpracy z ekspertami w dziedzinie obrazowania skupionymi wokół Daniela Razansky'ego z ETH i Uniwersytetu w Zurychu, ma w kolejnym etapie zostać przygotowane do zastosowań klinicznych. Oprócz możliwości diagnostycznych naukowcy dostrzegają tu również potencjał w zakresie łączenia substancji terapeutycznych z nanobarwnikiem w celu opracowania nowatorskich terapii z zintegrowanym obrazowaniem.

Oryginalna publikacja: R. Nißler, Q. Zhou, B. Hill, S.L.J. Thomä, L.R.H. Gerken, A. Borzi, K. Roost, B. Mächler, X.L. Deán-Ben, A. Neels, S. Kruss, D., I.K. Herrmann; Odblokowanie fotoluminescencji NIR-II w dwuwymiarowych nanowarstwach tetrasilikatu miedziowego poprzez syntezę metodą natrysku płomieniowego; Advanced Materials (2025)