Wetenschappers van de Universiteit van St Andrews hebben de eerste monsters gemaakt van organische materialen die tegelijkertijd twee fotonen kunnen absorberen en circulair gepolariseerd licht kunnen uitzenden. Deze zeldzame combinatie van eigenschappen belooft een revolutie in het diep scannen van biologische weefsels.
Gewone kleurstoffen voor fluorescentiemicroscopie verstrooien snel in de dikte van het weefsel, en het signaal verzwakt al op een diepte van enkele honderden micrometers. De nieuwe chirale moleculen uit de klasse van multiresonante thermisch geactiveerde vertraagde fluorescentiematerialen (MR-TADF) gedragen zich anders: ze absorberen meteen twee fotonen infrarood licht en zenden vervolgens zichtbaar licht uit met een duidelijk bepaalde polarisatie.
Stelt u zich een zaklamp voor die niet met één, maar met twee stralen tegelijk schijnt en daarbij 'onthoudt' in welke richting het licht is gedraaid. Precies zo werken deze verbindingen. De chiraliteit van de moleculen — hun spiegelbeeldige asymmetrie — zorgt ervoor dat het uitgezonden licht hoofdzakelijk in één richting draait, waardoor ruis kan worden weggefilterd en een scherper beeld kan worden verkregen.
Twee-fotonabsorptie wordt op zich al in de geneeskunde gebruikt: infrarood licht dringt dieper door dan zichtbaar licht en beschadigt weefsels minder. De toevoeging van circulair gepolariseerde luminescentie maakt het signaal nog informatiever — onderzoekers zullen structuren kunnen onderscheiden die voorheen in een algemene wazige massa samenvloeiden.
Het werk, gepubliceerd in Nature Communications, is uitgevoerd door de groep van professor Eli Zisman-Kolman in samenwerking met collega's van de Universiteit van Durham. Voorlopig zijn het laboratoriummonsters, maar nu al is duidelijk: dergelijke materialen kunnen de basis vormen voor niet-invasieve methoden om tumoren, bloedvaten en zenuwvezels op een diepte van enkele millimeters in beeld te brengen.
In de toekomst zullen artsen driedimensionale beelden van inwendige organen kunnen verkrijgen zonder röntgen en sterke magnetische velden, en biologen zullen levende processen in realtime binnen een heel organisme kunnen observeren. Eén materiaal lost meteen twee problemen op: diepe penetratie en een hoogcontrast gepolariseerd signaal.
De onderzoekers zijn al begonnen met het testen van de nieuwe verbindingen in biologische media.
