Ingenieure der University of Toronto haben ultrastarke Nanopartikel entwickelt, die in der Lage sind, winzige Mengen an Chemikalien nachzuweisen und nahezu identische Moleküle zu unterscheiden. Die Technologie nutzt einen Prozess namens Upconversion, bei dem die Partikel niederenergetische Photonen absorbieren und höherenergetische aussenden, wodurch ein helles optisches Signal entsteht.
Die neuen farbstoffsensibilisierten Nanopartikel könnten eine kostengünstigere Methode zur Identifizierung von Verunreinigungen in Arzneimitteln und zur Rückverfolgung chemischer Schadstoffe in Umgebungen wie dem Grundwasser bieten. Die Partikel funktionieren, indem sie ein Lichtsignal erzeugen, wenn sie an die Chemikalie binden, die sie nachweisen sollen. Sie absorbieren niederenergetische Photonen und wandeln diese Energie in höherenergetische Photonen um, was zu einem hellen, für Forscher messbaren optischen Signal führt.
Laut Professor Kai Huang, Seniorautor einer im Journal of the American Chemical Society veröffentlichten Arbeit, funktionieren herkömmliche Fluorophore, die Licht absorbieren und umwandeln, nur in eine Richtung, sie wandeln hochenergetische Photonen in niederenergetische Photonen um. „Was unsere farbstoffsensibilisierten Nanopartikel besonders macht, ist, dass sie zur Upconversion fähig sind, was bedeutet, dass sie Licht in Form von niederenergetischen Photonen absorbieren und höherenergetische aussenden können“, sagt Huang.
Dieser Upconversion-Prozess bietet einen entscheidenden Vorteil. Da das aktivierende Licht eine andere Frequenz hat als das emittierte Licht, kann das gewünschte Signal leichter vom Hintergrundlicht getrennt werden. Huang erklärt, dies sei „wie der Unterschied zwischen dem Sternegucken in der Nacht gegenüber dem Tag“, und merkt an, dass die Verschiebung der Anregungsfrequenz nach unten einen Hintergrund ohne Autofluoreszenz erzeugt, während die Nanosonden weiter leuchten.
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