Revolutionäre kontaktlose 2D-Temperaturbildgebung via SPLIT-Nanothermometrie

Eine neue Bildgebungstechnik, entwickelt von den Teams der Professoren Jinyang Liang und Fiorenzo Vetrone am Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), kann Temperatur in 2D ohne Kontakt messen. Diese präzise Echtzeit-Temperaturdetektion könnte künftig die Photothermische Therapie verbessern und bei der Früherkennung von Hautkrebs helfen.

Funktionsprinzip: Nanopartikel als Nanothermometer

Die Technologie, bekannt als Single-Shot Photoluminescence Lifetime Imaging Thermometry (SPLIT), basiert auf der Lumineszenz von Nanopartikeln, die mit Seltenen-Erd-Ionen dotiert sind. „Diese Nanopartikel gelten als Nanothermometer, da ihre lumineszenten Eigenschaften sich mit der Umgebungstemperatur ändern. Sie sind auch biokompatibel“, sagte Professor Vetrone.

Anstatt die Lumineszenz punktweise zu erfassen, was zeitaufwändig ist, nutzt SPLIT eine neuartige ultraschnelle Kamera, um zu verfolgen, wie schnell die Lumineszenz dieser Nanopartikel in jedem räumlichen Punkt abklingt. Die Temperatur wird dann durch Überprüfung der Abklinggeschwindigkeit des emittierten Lichts erfasst. Da es in Echtzeit geschieht, kann SPLIT das Phänomen verfolgen, während es passiert.

Erstmalig: Lumineszenz-Thermometrie mit bewegter Probe

Zum ersten Mal ermöglicht es Lumineszenz-Thermometrie unter Nutzung der Nanopartikel-Lebensdauer mit einer bewegten Probe. „Verglichen mit bestehenden Thermometrie-Techniken ist SPLIT schneller und hat höhere Auflösung. Dies erlaubt präzisere Temperaturmessung mit einer fortschrittlichen und ökonomischen Lösung“, sagte Professor Liang.

Anwendung: Hautkrebs-Früherkennung und Therapieüberwachung

Prof. Liang und Vetrone glauben, dass SPLIT-Technologie unter anderem die Fähigkeit zur Erkennung und Behandlung von Hautkrebs erhöhen könnte. Derzeit ist die Kapazität zur Detektion von Melanomen, speziell Mikro-Melanomen, noch begrenzt. Bestehende Diagnoseansätze sind durch Invasivität, Auflösung und Genauigkeit limitiert, was zu vielen unnötigen Biopsien führt.

Optische Thermometrie könnte Krebszellen detektieren, deren schneller Stoffwechsel zu höherer Temperatur führt als normales Gewebe, was sie mit SPLIT sichtbarer macht.

Zur Melanom-Detektion nutzen Kliniken Wärmebildkameras, aber die Auflösung ist gering. „SPLIT markiert einen wichtigen technischen Fortschritt. Mit hoher Auflösung könnte die Technologie genutzt werden, um den krebsverdächtigen Muttermal präzise zu lokalisieren“, sagte Professor Liang.

Über die Detektion hinaus könnte die Technologie auch die Lichtdosis bei bestimmten Behandlungen überwachen. Beispielsweise greift photothermische Therapie Krebszellen durch Wärme an, die durch Nahinfrarot-Lichtexposition erzeugt wird. „Wir wollen den Krebs eliminieren, aber nicht das umliegende Gewebe. Wenn die Temperatur zu hoch ist, könnte die Behandlung verringert oder pausiert werden. Wenn sie zu niedrig ist, könnten wir das Licht erhöhen, um die richtige Dosis zu erhalten“, sagte Vetrone.