Foton up‐konverzní nanočástice v analytické chemii

Chemické látky se skládají z molekul. Nejpřímější a nejcitlivější způsob, jak určit množství chemických látek ve vzorcích, je tedy počítání molekul. Metody využívající počítání jednotlivých molekul přináší nečekané možnosti v klinické diagnostice a kontrole znečištění životního prostředí.

Molekuly jsou velmi malé objekty a jejich počítání je obtížné, zvláště v přítomnosti jiných molekul, které se ve vzorcích vyskytují. Možným řešením je připojení značky, která hledanou molekulu zvýrazní natolik, že ji lze snadno detekovat a pozorovat. Označená molekula pak může být neomylně započtena.

Novým typem značek, které lze připojit na molekuly, jsou takzvané foton up-konverzní nanočástice. Jestliže jsou tyto nanočástice vystaveny infračervenému záření, dochází k jeho absorpci a přeměně na viditelné záření. Tento typ luminiscence – fotonová up-konverze – je v přírodě velmi vzácný. Molekuly označené foton up-konverzní nanočásticí je proto snadné počítat; nedochází k rušení jinými látkami, které vzorky obsahují. Tuto metodu jsme úspěšně použili pro stanovení nádorového markeru prostatického specifického antigenu v krevní plasmě s velmi nízkým limitem detekce (42 fmol·l^–1).

Kapky v mikrofluidním čipu označené foton up‑konverzními nanočásticemi, které umožňují adresování jednotlivých kapek pomocí spektrálního kódu; mikrofluidní čip připojený k objektivu detektoru pro čtení fotonové up‑konverze z jednotlivých kapek; spektrální kód čtený z jednotlivých kapek, které prochází mikrofluidním čipem.

Výjimečné vlastnosti foton up-konverzních nanočástic je možné využít i pro značení – spektrální kódování – mikročástic a kapek v kapkové mikrofluidice. Mikroskopické kapky, které se pohybují v mikrofluidním čipu, slouží jako chemické nebo biologické mikroreaktory a značně posouvají možnosti automatizace náročných laboratorních experimentů. Díky spektrálnímu kódování je možné jednotlivé kapky adresovat. Lze tak rozlišit kapky nesoucí určitou chemickou látku nebo daný typ mikroorganismu. Tímto způsobem se značně rozšiřují možnosti kapkové mikrofluidiky při studiu enzymových kinetik, chemických syntéz, biologických systémů a nalézání nových léčiv.

V Ústavu analytické chemie AV ČR, v. v. i., v Oddělení bioanalytické instrumentace nacházíme nové postupy pro přípravu foton up-konverzních značek. Současně vyvíjíme instrumentaci pro nově vznikající metodiku. Jsme otevření spolupráci napříč obory a srdečně vítáme studenty se zájmem o nově vznikající odvětví analytické chemie.

Výzkum problematiky foton up‐konverzních nanočástic byl podpořen grantem P20612G014 Centrum Excelence GAČR.