استفاده از نانولوله‌ به عنوان دیده‌بان در تصویربرداری تشخیص سرطان

محققان و شیمیدانان دانشگاه رایس موفق به ابداع یک سیستم مختصات سه‌بعدی طیفی شده‌اند که از آن برای تعیین دقیق محل تومورهای سرطانی برچسب‌گذاری شده (تگ شده) با نانولوله‌های کربنی اتصال یافته به پادتن استفاده می‌کنند.

به‌دلیل اینکه جذب نور مادون قرمز کوتاه –موج در بافت‌ها با طول موج آن تغییر می‌کند، آنالیزهای طیفی نوری که از پوست باز می‌گردد، می‌تواند اطلاعاتی از عمق بافت را که نور از آن عبور کرده است، روشن سازد.
روشی که شیمیدانان دانشگاه رایس از آن استفاده می‌کنند متکی بر این حقیقت است که نانولوله‌های کربنی تک دیواره هنگامی که با نور مرئی تحریک می‌شوند، به‌ طور طبیعی نوری با طول‌موج‌های مادون‌قرمز نشر می‌کنند. در تست‌های آزمایشگاهی، یک آشکارساز بسیار حساس که InGaAs (indium gallium arsenide) avalanche photodiode نامیده می‌شود، امکان دریافت و خواندن سیگنال‌های ضعیف نشر شده از نانولوله‌ها را تا عمق 20‌ میلیمیتری فراهم می‌سازد.
ویسمن، استاد دانشگاه رایس و صاحب‌نظر در زمینه فلورسنت مادون‌قرمز نزدیک نانولوله‌های تک دیواره می‌گوید:« ما از یک آشکارساز حساس غیرمتداول استفاده کردیم که تا قبل از این کار تحقیقاتی، در کارهای مشابه استفاده نشده بود. این آشکارساز می‌تواند فوتون‌های ماون قرمز کوتاه-موج را بشمارد . هدف اصلی این است که چگونه ما می‌توانیم نشر ناشی از غلظت‌های بسیار اندک نانولوله‌ها را درون بافت‌های زیستی تشخیص و معین کنیم. اگر ما موفق به انجام این مهم شویم، در این صورت این روش، کاربردهای بسیار زیادی در تشخیص‌های پزشکی خواهد داشت.»
ویسمن می‌گوید:« استفاده از دیودهای نشرکننده نور برای تحریک نانولوله‌ها موثر و کارامد و البته ارزان است. استفاده از LEDها برای این کار نسبتاً نامتداول است و به طور معمول برای تحریک‌سازی از لیزرها استفاده می‌شود، اما پرتوهای لیزری به دلیل پراش نمی‌توانند درون بافت‌ها متمرکز شوند. ما سطح نمونه را در معرض نور LED غیرمتمرکز قرار می‌دهیم که از طریق بافت‌ها انتشار می‌یابد و سبب تحریک نانولوله‌های موجود در بافت می‌شود.»
یک حسگر (پروب) نوری کوچک بر روی قالب یک چاپگر سه‌بعدی نصب می‌شود و یک الگوی برنامه‌ریزی شده کامپیوتری را دنبال می‌کند. همچنان که این حسگر پوست را لمس می‌کند، سیگنال‌های نشر شده از نانولوله‌ها دریافت و خوانده می‌شوند.
قبل از اینکه نور نشر شده از نانولوله‌ها به آشکارساز برسد، قسمت عمده‌ای از آن همچنان که از درون بافت‌ها عبور می‌کند، توسط آب جذب می‌شود. ویسمن و گروه تحقیقاتی او، از این موضوع به عنوان یک مزیت استفاده کردند. ویسمن می‌افزاید:« یک جستجوی دو بعدی، مختصات X و Y نشر کننده را برای ما مشخص می‌سازد و اطلاعاتی از عمق آن (Z) برای ما مشخص نمی‌سازد. استنباط و نتیجه گیری از یک اسکن سطحی کار بسیار سخت و مشکلی است.»
مختصات سه‌بعدی طیفی این محدودیت‌ها را بر طرف می‌سازد. ویسمن می‌گوید:« ما از این حقیقت استفاده کردیم که طول‌موج‌هایی مختلف نشر‌شده از نانولوله به‌طور متفاوتی در خلال عبور از بافت‌ها جذب می‌شوند. آب موجود در بافت‌ها طول‌موج‌های بلندتر ناشی از نانولوله‌ها را بسیار شدیدتر از طول‌موج‌های کوتاه‌تر آن جذب می‌کند.»
اگر نانولوله‌ها نزدیک به سطح باشند، در این صورت شدت طول‌موج‌های بلند و کوتاه تقریباً یکسان خواهد بود و می‌گوییم طیف بدون مزاحمت است، اما اگر منبع نشر در بافت‌های عمقی‌تر باشد، در این صورت آب موجود در بافت‌ها طول‌موج‌های بلندتر را در مقایسه با طول‌موج‌های کوتاه‌تر به میزان بیشتری جذب می‌کند. از این رو از تعادل بین شدت‌های طول‌موج‌های کوتاه و بلند می‌توان به عنوان یک مقیاس برای اندازه‌گیری عمق منبع نشر استفاده کرد. نتایج این مطالعه در مجله Nanoscale چاپ شده است.