Revolutionaire contactloze 2D-temperatuurbildvorming via SPLIT-nanothermometrie

Een nieuwe beeldvormingstechniek, ontwikkeld door de teams van professoren Jinyang Liang en Fiorenzo Vetrone aan het Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), kan temperatuur in 2D meten, zonder contact. Deze nauwkeurige realtime temperatuurdetectie kan de fotothermale therapie verbeteren en helpen bij de vroege diagnose van huidkanker.

SPLIT-technologie

Deze technologie, bekend als single-shot photoluminescence lifetime imaging thermometry (SPLIT), is gebaseerd op de luminescentie van nanopartikelen gedopeerd met zeldzame-aard-ionen. „Deze nanopartikelen worden beschouwd als nanothermometers omdat hun luminescente eigenschappen veranderen met de temperatuur van de omgeving. Ze zijn ook biocompatibel,” zei professor Vetrone.

In plaats van de luminescentie punt voor punt te beeldvormen, wat tijdrovend is, gebruikt SPLIT een nieuwe ultra-hoge-snelheidscamera om te volgen hoe snel de luminescentie van deze nanopartikelen in elk ruimtelijk punt vervalt. De temperatuur kan dan worden gemeten door te controleren hoe snel het uitgezonden licht uitgaat. Omdat het in realtime is, kan SPLIT het fenomeen volgen zoals het gebeurt.

Voor het eerst maakt het luminescentiethermometrie mogelijk met behulp van de levensduur van het nanopartikel met een bewegend monster. „In vergelijking met bestaande thermometrietechnieken is SPLIT sneller en heeft een hogere resolutie. Dit stelt een nauwkeurigere temperatuursensing mogelijk met zowel een geavanceerde als economische oplossing,” zei professor Liang.

Toepassingen in huidkankerdetectie en therapie

Professors Liang en Vetrone geloven dat SPLIT-technologie, onder andere dingen, de capaciteit kan vergroten om huidkanker te detecteren en te behandelen. Op dit moment is de capaciteit om melanomen, en meer specifiek micro-melanomen, te detecteren nog steeds beperkt. Bestaande diagnostische benaderingen worden beperkt door hun invasiviteit, resolutie en nauwkeurigheid, wat leidt tot een groot aantal onnodige biopten.

Optische thermometrie kan dus gebruikt worden om kankercellen te detecteren, wier snelle metabolisme leidt tot een hogere temperatuur dan die van normaal weefsel, waardoor ze zichtbaarder zijn met SPLIT.

Om melanoom te detecteren, kunnen klinieken een thermische camera gebruiken, maar de resolutie is laag. „SPLIT markeert een belangrijke stap in de technische ontwikkeling. Met hoge resolutie kan de technologie gebruikt worden om de kankerige moedervlek precies te lokaliseren,” zei professor Liang.

Naast detectie kan deze technologie ook gebruikt worden om de lichtdosis tijdens bepaalde typen behandeling te monitoren. Bijvoorbeeld, fotothermale therapie aanvalt kankercellen door de warmte die gegenereerd wordt door blootstelling aan nabij-infrarood licht. „We willen de kanker uitschakelen, maar niet het omringende weefsel, dus als de temperatuur te hoog is, kan de behandeling verminderd of tijdelijk gestopt worden. Als het te laag is, kunnen we het licht verhogen om de juiste dosis te krijgen,” zei Vetrone.