LEVENDE DIEREN VAN BINNEN BEKEKEN MET NANOKRISTALLETJES

Met fluorescerende nanokristalletjes is het mogelijk de binnenkant van levende organismen in beeld te brengen dwars door huid en vetweefsel heen. Na injectie van een oplossing van zogeheten quantumdots slaagden natuurkundigen van de universiteit van Cornell er in om met behulp van een lasermicroscoop bij levende muizen de ruimtelijke structuur van onder de huid liggende haarvaten zichtbaar te maken. Zo konden ze bijvoorbeeld de veranderingen in diameter als gevolg van het kloppen van het hart tien keer per seconde en de stroomsnelheid van het bloed op een heel eenvoudige manier kwantitatief bepalen (Science, 30 mei).

Traditionele kleurstoffen voor weefsels en biomoleculen zijn vaak organische kleurstoffen die zich hechten aan een bepaald eiwit in een cel daar oplichten. Deze kleurstoffen gaan echter snel kapot en zenden licht uit over een breed golflengtegebied, zodat het niet eenvoudig is om verschillende `labels' uit elkaar te houden. Quantumdots minuscule flintertjes halfgeleidermateriaal ter grootte van een paar nanometer hebben deze nadelen niet. Doordat de elektronen die erin zijn opgesloten in hun bewegingsvrijheid zijn beperkt, kunnen ze zich net als atomen alleen in heel specifieke energieniveaus bewegen. Na excitatie zenden ze dan ook licht uit van een nauwkeurig bepaalde golflengte, die afhankelijk is van de grootte van de quantumdot: hoe groter en hoe meer de elektronen er in opgesloten zitten, des te roder is het uitgezonden licht. Om de quantumdots tot het uitzenden van licht te bewegen, gebruikten Watt Webb en zijn medewerkers een infrarode laser, ook al hebben infrarode fotonen niet voldoende energie om de quantumdot aan te slaan. Uit de experimenten blijkt echter dat er efficiënte absorptie van twee fotonen tegelijk optreedt, die samen wel genoeg energie hebben. Het gebruik van infrarood licht heeft als grote voordeel, dat het veel dieper in weefsels kan doordringen en dus in principe veel meer zichtbaar kan maken.

De gebruikte quantumdots van cadmiumselenide en zinksulfide zijn van nature waterafstotend. De onderzoekers moesten ze daarom om ze goed door bloed of weefsel op te laten nemen eerst wateroplosbaar maken. Daarvoor gebruikten zij zeepachtige moleculen die aan de ene kant een binding aangaan met het halfgeleidermateriaal en aan de andere kant `waterminnend' zijn. Dit omhulsel voorkomt tevens dat de nanokristalletjes worden aangetast en het schadelijke cadmium in het lichaam vrijkomt. Een volgende stap in het onderzoek is om de buitenkant van speciale groepen te gaan voorzien, zodat de quantumdots zich specifiek aan één bepaald molecuul of soort weefsel hechten.