BRPI0708929A2 - mÉtodo para identificar uma regiço ou localizaÇço de interesse, e, sistema - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA IDENTIFICAR UMA REGIçO OU LOCALIZAÇçO DE INTERESSE, E, SISTEMA A presente descrição provê sistemas e método vantajosos para aumentar significativamente a sensibilidade e seletividade de procedimentos de diagnósticos, por exemplo biópsia óptica. Os sistemas e métodos mostrados usam um efeito altamente não linear, a assim chamada avalanche de fóton. No regime próximo ao limiar de avalanche, pequenas diferenças na densidade do íon de amostra sobre investigação ou potência de excitação podem resultar em mudanças muito grandes na intensidade de emissão de conversão para cima. Através deste efeito toma-se possível medir precisamente o sinal de um íon de amostra de biópsia óptica somente na(s) localizaçáo(ôes) onde sua concentração é a mais alta, enquanto ao mesmo tempo reduz significativamente ou elimina a medição do sinal de segundo plano dos lons de amostra distribuídos com uma concentração algo mais baixa, através do volume de medição. Também, auto fluorescência de segundo plano do tecido sadio vizinho está essencialmente ausente com esta técnica.

Description

"MÉTODO PARA IDENTIFICAR UMA REGIÃO OU LOCALIZAÇÃODE INTERESSE, E, SISTEMA"

A presente descrição é direcionada a sistemas e métodos queapresentam sensibilidade e/ou seletividade aumentada para efetuarprocedimentos de diagnóstico, por exemplo, biópsia óptica. Maisparticularmente, os sistemas e métodos mostrados empregam íons de amostraque apresentam uma resposta altamente não linear à ativação óptica, isto é,um efeito "avalanche de fóton". Os sistemas e métodos mostrados apresentamsensibilidade e/ou seletividade aumentadas porque, em regime próximo aolimiar de avalanche para um íon de amostra selecionado, pequenas diferençasna densidade de íon de amostra e/ou potência de excitação se traduzem emuma substancial intensidade de emissão de conversão para cima diferencial.Através do uso dos íons de amostra descritos, os sistemas e métodos dapresente descrição distinguem precisamente localizações onde a concentraçãode íon de amostra é alta, por exemplo, acima de um limiar desejado, enquantoao mesmo tempo elimina substancialmente sinais de segundo plano dos íonsde amostra distribuídos em concentração mais baixa, através do volume demedição. Em adição, auto-fluorescência de segundo plano do tecido saudávelno em torno, é geralmente eliminada. Ions de amostra típicos para uso deacordo com os sistemas e métodos mostrados incluem fósforos misturadosmetal de transição/de terra rara.

Nos campos da medicina e biologia, materiais fluorescentessão freqüentemente usados como marcadores. A fluorescência gerada pelairradiação de tais materiais com uma energia de ativação apropriada é medidapor um microscópio óptico, foto detector ou similar. Por exemplo, métodosfluorescentes de antígeno-anticorpo são conhecidos, nos quais um anticorpo évinculado a um corpo fluorescente orgânico capaz de emitir fluorescência.Como a reação antígeno-anticorpo é altamente seletiva, é possível identificara localização do antígeno, com base na distribuição de intensidade defluorescência. A vinculação seletiva e/ou localização de materiaisfluorescentes em aplicabilidade de amplo alcance, por exemplo, nodiagnóstico de genes, imunodiagnóstico, desenvolvimento medicinal, testeambiental, biotecnologia, inspeção fluorescente e similares.

Uma aplicação típica da tecnologia de base luminescenteprecedente está no campo da biópsia óptica. Na biópsia óptica, informaçãoclínica e/ou de diagnóstico pode ser eficientemente obtida de uma maneiranão invasiva e/ou minimamente invasiva. Então, as técnicas de biópsia ópticatípicas são vantajosas pelo fato de nenhum tecido ser destruído e, dependendodo(s) marcador(es) e outros parâmetros de biópsia, a informação clínica e/oude diagnóstico pode ser colhida através de uma área de superfícierelativamente grande. Geralmente, biópsias ópticas envolvem a introdução deíons de amostra em um paciente e/ou região anatômica de interesse. Os íonsde amostra geralmente incluem grupos finais funcionalizados que sãoselecionados para se vincular preferivelmente a localizações/tecidos deinteresse, por exemplo, tecido canceroso. Posteriormente, através de técnicasópticas ou outras de ativação de energia, a luminescência dos íons de amostraé gravada e um mapa pode ser construído apontando a localização dosmarcadores dentro do paciente e/ou relativa a estruturas anatômicas deinteresse.

Existem vários problemas com respeito a sistemas e técnicasde biópsia óptica convencionais. Primeiramente, como um assunto prático,nem todos os íons de amostra são transferidos e/ou centralizados nalocalização de marcador desejada. Freqüentemente, uma fração substancialdos íons não terminará na localização do marcador desejado, e devido a suadispersão, afetará negativamente a qualidade e/ou precisão dos resultados dabiópsia, por exemplo, afetando o sinal de segundo plano de modo a tornardifícil separar ou isolar o sinal desejado. Em segundo lugar, a excitação naregião visível do espectro é usualmente requerida. Em comprimentos de ondana região visível, muitos constituintes do tecido humano tendem a autofluorescência. A auto fluorescência de outros tipos de tecido é um efeitoindesejável, aumentando a dificuldade associada a resolver e/ou isolarluminescência de íons de amostra em uma localização de marcador específica.

Materiais e técnicas para fluorescência ativada por energia temsido descritos na literatura. Por exemplo, nanocristais de semicondutor (porexemplo, pontos quânticos - regiões de semicondutores que podem serocupadas por uns poucos elétrons - (QDs)) tem sido descritos para uso comobio-amostras para aplicações analíticas e biofísicas. Ambos corantes de QDs eorgânicos fluorescentes são bio-amostras fluorescentes de conversão parabaixo, que emitem fóton(s) fluorescentes de energia mais baixa, após absorverfóton(s) UV de energia mais alta ou visíveis. Em adição, nanocristaisfluorescentes de conversão para cima, têm sido quimicamente sintetizados apartir de Yb-Er, Yb-Ho e Yb-Tm co-dopados com LaF3. Tais nanocristais têmsido usados para produzir bandas de emissão verde, vermelho e azul baseadasem excitação próxima do infravermelho (NIR) de 980 nm. Ver Guang-ShunYi and Gan-Moog Chow, "Rare-earth doped LaF3 nanocrystals forupconversion fluorescence", National University of Singapore. Similarmente,a Publicação de Patente U.S. No. 2005/0014283 de Matsuura e outrosdescreve uma amostra fluorescente que inclui partículas finas contendo umelemento de terra rara que é excitado para conversão para cima pela luz nafaixa de 500 a 2000 nm. A publicação de Matsuura '283 contempla o uso deum metal de terra rara (por exemplo, Er, Ho, Pr, Tm, Nd, Gd, Eu, Yb, Sm ouCe) que é adaptado para se ligar a uma substância de ligação.

A técnica anterior também tem reconhecido e investigado aresposta não linear associada ao "efeito de avalanche". Por exemplo, Q. Shu eoutros têm investigado medições de acoplamento de dois feixes na transiçãode conversão para cima em avalanche em Tm:LiYF4, confirmando que, apesarda natureza ressonante da interação óptica de estado excitado, a respostainduzida é fortemente dispersiva. Ver Q. Shu, H. Ni e S. C. Rand, "Nonlineardispersion of avalanche upconversion" Optics Letters, Volume. 22, No. 2,páginas 123-125, 15 de Janeiro de 1997. Os resultados de teste relatados napublicação precedente mostram que a não linearidade de avalanche observadaem Tm:LiYF4 em 648, 2 nm dá origem a acoplamento de feixe com umlimiar agudo e um caractere dispersivo a temperatura ambiente. Mecanismosde conversão para cima convencionais tem sido também descritos naliteratura, por exemplo, Pascal Gerner e outros, "Chem. Eur. J.", 10, 4735-4741,2004.

Em termos de materiais de fósforo, a pesquisa tem sidoconduzida com respeito a Tm3+ contendo cristais e vidros e em vidrosdopados com Pr3+ e fibras existentes. Ver, por exemplo, S. Guy e outros "J.Opt. Soe. Am. B", 14(4), páginas 926-34, 1997; MJV Bell e outros, "J.Phys.: Condens. Matter", 14, páginas 5651-5663, 2002; e J. Chivian e outros,"Appl. Phys. Lett.", 35, 124 (1979). Há dois problemas importantes comsistemas de fósforo da técnica anterior. Primeiramente, as emissões emavalanche de conversão para cima para tais fósforos permanece na faixaespectral azul. Nestes comprimentos de onda, muitos constituintes do tecidohumano tendem a absorver e a auto fluorescência. Como um resultado, parteda luz de emissão é perdida e o sinal original é obscurecido. Em segundolugar, o processo em avalanche de conversão para cima é relativamenteineficiente para estes fósforos, requerendo densidades de excitaçãorelativamente altas que aumentam o risco de dano ao tecido devido a ablaçãodo laser.

Então, apesar dos esforços até o momento, permanece umanecessidade para sistemas e métodos que distingam precisamente localizaçõesonde concentrações de íons de amostra são altas, por exemplo, acima de umlimiar desejado, enquanto ao mesmo tempo elimina substancialmente sinaisde segundo plano dos íons de amostra distribuídos em concentrações maisbaixas através do volume de medição. Adicionalmente, permanece umanecessidade de sistemas e métodos que reduzam e/ou eliminem autofluorescência de segundo plano de tecido vizinho saudável ao efetuarprocedimentos de diagnóstico, por exemplo, biópsia óptica. Estas e outrasnecessidades são satisfeitas pelos sistemas e métodos aqui mostrados.

Sistemas e métodos apresentando sensibilidade aumentadae/ou seletividade ao efetuar procedimentos de diagnóstico, por exemplo,biópsia óptica, são aqui mostrados. Os sistemas e métodos mostradosempregam íons de amostra que apresentam uma resposta altamente não linearà ativação óptica, isto é, efeito de avalanche de fóton, permitindo deste modoa geração de leituras/medições de diagnóstico com relações sinal ruído nãoparalelas. No regime próximo ao limiar de avalanche para um íon de amostraselecionado, pequenas diferenças na densidade de íon de amostra e/oupotência de excitação se traduzem em uma mudança substancial naintensidade de emissão de conversão para cima, deste modo confiavelmente eeficazmente distinguindo localizações onde a concentração de íon de amostraé alta, por exemplo, acima de um limiar desejado, embora ao mesmo tempoeliminando substancialmente sinais de segundo plano dos íons de amostradistribuídos a concentração mais baixa através do volume de medição. Ossistemas e métodos mostrados também reduzem vantajosamente e/oueliminam auto fluorescência de segundo plano do tecido vizinho saudável,íons de amostra típicos para uso de acordo com os sistemas e métodosmostrados incluem fósforos de metal de transição/terra rara mistos.

Em realizações típicas da presente descrição, íons de amostracapazes de um efeito de avalanche de conversão para cima são empregadospara melhorar a efetividade dos procedimentos de diagnóstico, por exemplo,biópsia óptica. Ao selecionar materiais/composições apropriados para usocomo íons de amostra de acordo com a presente descrição, são selecionadosmateriais/composições que são capazes de conversão para cima, bem como deapresentar um efeito de avalanche em níveis de energia de ativaçãoapropriados. Em realizações típicas da presente descrição, um íon de terra raraem seu estado trivalente é empregado como íon de amostra.

De acordo com a presente descrição, são introduzidos íons deamostra no ambiente de interesse, por exemplo, um ambiente anatômico. Osíons de amostra podem ser introduzidos de uma variedade de modos, comosão conhecidos na técnica, por exemplo, através de injeção, ingestão ousimilares. Com base nas afinidades de vinculação associadas aos íons deamostra selecionados, uma concentração mais alta dos íons de amostra égeralmente alcançada na(s) localização(ões) anatômica(s) desejada(s). Emgeral, os íons de amostra têm permissão, parapreferencialmente/diferencialmente se concentrarem em região(ões)anatômica(s) de interesse em um período de tempo apropriado, no qual oponto de excitação do íon de amostra é assegurado para facilitar ummapeamento/medição da concentração de íon de amostra no ambienteanatômico. Os íons de amostra são geralmente excitados na região próxima doinfravermelho do espectro, ao considerar um espectro de biópsia óptica. Nestecomprimento de onda de excitação, isto é, um comprimento de onda NIR,essencialmente nenhuma emissão visível é gerada pelo tecido humano,superando substancialmente deste modo e/ou eliminando a emissão de autofluorescência do tecido associada a sistemas/técnicas de íon de amostraconvencionais.

Escolhendo um íon de amostra que apresenta o efeito deavalanche, os sistemas e métodos mostrados na presente invenção são capazesde traduzir variações/diferenciais pequenos em densidade de íon de amostrapara variações/diferenciais relativamente grandes na emissão de conversãopara cima. Portanto, com base na seleção de íon de amostra, uma escolhaadequada da potência de excitação pode ser feita, de modo a iniciar o efeitode avalanche para tal íon de amostra. A potência/energia de excitação égeralmente selecionada para estar no ou próximo ao valor de limiar parainiciar o efeito de avalanche para os íons de amostra que tenham congregadoseletivamente na(s) localização(ões) de marcador desejadas, enquanto amesma potência/energia está vantajosamente abaixo do valor de limiar parainiciar emissões para os íons de amostra de concentração mais baixalocalizados em localizações distintas relativas à(s) localização(ões) demarcados desejadas, deste modo evitando/minimizando o potencial parageração disruptiva de sinais de segundo plano.

A intensidade de emissão de conversão para cima escalavantajosamente quase exponencialmente com a concentração de íon deamostra no regime de potência no ou próximo do limiar de avalanche. Oinício do efeito de avalanche resulta então em forte luminescência a partir dosíons de amostra na localização de marcador desejada, e um sinal de segundoplano baixo e/ou substancialmente não existente a partir de íons de amostraem outras localizações. Combinados com a ausência de auto fluorescência, ossistemas e métodos mostrados facilitam a identificação eficiente, precisa econfiável e/ou medição de concentração de íon de amostra em sites demarcador relevantes, sem os efeitos indesejáveis associados asistemas/técnicas convencionais, por exemplo, sistemas e técnicas de biópsiaóptica convencionais.

Características vantajosas adicionais, funções e benefíciosassociados aos sistemas e métodos mostrados serão aparentes a partir dadescrição que se segue, particularmente quando lidos em conjunto com asfiguras anexas.

Para auxiliar aqueles especialistas na técnica em confeccionare usar os íons de amostra, é feita referência às figuras anexas, nas quais:

Figura 1 é um diagrama esquemático de nível de energia paraum íon com três estados eletrônicos capaz de conversão para cima emavalanche;Figura 2 é uma apresentação gráfica da divergência depotência relativa ao efeito de avalanche para um íon de amostra típicoapresentando efeito de avalanche;

Figura 3 é uma apresentação gráfica de propriedadesrelacionadas a energia de um par de íons de Yb3+ e Mn2+ de acordo com apresente descrição;

Figura 4 inclui um par de gráficos mostrando espectros deemissão normalizados; o gráfico à esquerda mostra os espectros de emissãonormalizados calculados abaixo do limiar requisitado e o gráfico à direitamostra os espectros de emissão normalizados calculados próximo ao limiarrequisitado; e

Figura 5 é um fluxograma relatando etapas associadas a umaimplementação típica do sistema/método mostrado.

Sensibilidade aumentada e/ou seletividade ao efetuarprocedimentos de diagnósticos, por exemplo, biópsia óptica, é obtida deacordo com os sistemas e métodos mostrados, onde íons de amostraapresentando uma resposta altamente não linear a ativação óptica, isto é, umefeito de avalanche de fóton, são empregados. Os íons de amostra sãointroduzidos em um ambiente anatômico de interesse, por exemplo, através deinjeção, ingestão ou similares, e a energia de ativação é fornecida a talambiente. Os sistemas e métodos mostrados apresentam sensibilidadeaumentada e/ou seletividade baseada na introdução da energia de ativação queé eficaz para iniciar o efeito de avalanche para o íon de amostra selecionado.Através do efeito de avalanche, pequenas diferenças na densidade de íon deamostra e/ou potência de excitação se traduzem em uma substancialintensidade de emissão de conversão para cima diferencial.

Através do uso dos íons de amostra descritos, os sistemas emétodos da presente descrição distinguem precisamente localizações onde aconcentração de íon de amostra é alta, por exemplo, acima de um limiardesejado, enquanto ao mesmo tempo elimina substancialmente sinais desegundo plano a partir dos íons de amostra distribuídos em concentração maisbaixa através do volume de medição. Em adição, a auto fluorescência desegundo plano de tecido vizinho saudável é geralmente eliminada. Ions deamostra típicos para uso de acordo com os sistemas e métodos mostradosincluem fósforo mistura de metal de transição/terra rara.

Para auxiliar adicionalmente pessoas especialistas na técnicano entendimento e emprego dos íons de amostra mostrados, por exemplo, emconexão com a execução de procedimentos de diagnósticos vantajosos,informação adicional correspondente a efeitos de avalanche de conversão paracima são aqui providos. O efeito de avalanche de conversão para cima érelativamente raro e, para íons de amostra apresentando e/ou suportando talefeito, o efeito de avalanche ocorre através de uma atuação recíproca entrevários processos competindo absorção e transferência de energia. Comreferência à Figura 1, é provido um diagrama de nível de energia esquemáticopara um íon com três estados eletrônicos capazes de avalanche de conversãopara cima. As setas para cima na Figura 1 indicam transições de absorção, assetas para baixo indicam transições de emissão, e o conjunto de setaspontilhadas indica o processo de relaxação cruzada.

Três condições especiais são requeridas para observar o efeitode avalanche de conversão para cima. Primariamente, a radiação de excitaçãoprecisa não ser ressonante com a transição de absorção do estado fundamentalpara o estado excitado intermediário |0>—»|1>. Em segundo lugar, a radiaçãode excitação precisa ser ressonante com a transição de absorção a partir doestado excitado intermediário até o estado excitado superior |1>-»|2>. Emterceiro lugar precisa haver um processo relativamente forte de relaxaçãocruzada |0,2>->|1,1> que pode competir com a relaxação radiativa a partir doestado excitado superior |2>—»|0>.

Para fins de derivação, P é usado para denotar a potência delaser; Ni é a densidade de população do estado |i>; σο denota a seçãotransversal de absorção para a absorção de estado fundamental (|0>—»|1>); eσι denota a seção transversal de absorção para a absorção de estado excitado(|1>—>|2>). A taxa radiativa para a transição |2>—»|1> é escrita como r|R.2,enquanto a taxa radiativa para a transição |2>—»|0> é escrita como Ro-Finalmente, a constante de taxa de relaxação cruzada é denotada por W. Deveser notado que a constante de taxa de relaxação (W) é fortemente dependenteda concentração de íons de amostra, como relaxação cruzada é um par deprocesso de dois íons. Com base nas definições precedentes, o sistema deequações de taxa descrevendo as populações de todos os três estados deenergia são: Nq

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Deve ser notado que o fator "2" na Equação (2) é um resultadodireto do processo de relaxação cruzada de dois íons |0,2>-»|1,1>. Sobcondições de estado estacionário

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as soluções para este sistema de equações de taxa é:

<formula>formula see original document page 11</formula>

ao utilizar N0 « 1 para as aproximações (isto é, nenhumdescolorante de estado fundamental é levado em consideração). Incorporandoa Equação (5) na Equação (4), o seguinte resultado é obtido:

<formula>formula see original document page 12</formula>

Deve ser notado que uma potência crítica Pc é implicada:

<formula>formula see original document page 12</formula>

para a qual a Equação (6) diverge. A divergência da Equação(6) e o subseqüente efeito de avalanche é graficamente exibido na Figura 2(calculado para σ0 = 1, σι = 5, R1 = 1, R2 = 10, W = 100, η = 0,5).

Mais particularmente, a Figura 2 exibe a população de estado|2> como uma função da potência de excitação normalizada para um íon deamostra típico. O efeito de avalanche pode ser visto para potências P « Pc, deacordo com as Equações (6) e (7). Como pode ser visto da Equação (6), umadivergência da emissão de conversão para cima ocorrerá mais facilmenteprontamente/facilmente quando W for grande comparado a R2. Há umavariedade de íons de amostra capazes de conversão para cima de acordo coma presente descrição que satisfazem ao critério precedente.

Por exemplo, íons de amostra apresentando as propriedades deconversão para cima desejadas conforme aqui descrito incluem os íons deterra rara (onde as taxas de relaxação radioativas a partir dos estadossuperiores excitados estão tipicamente na

faixa de IO4 - IO6 s"1 e a taxa derelaxação cruzada pode ser tão grande quanto 10 s" ). Ions de terra rara emseu estado trivalente são particularmente preferidos de acordo com ossistemas e métodos mostrados.

Em uma realização típica adicional da presente descrição,sistemas de íon de amostra que incluem fósforos de metal de transição/terrarara misturados podem ser empregados em procedimentos de diagnósticos,por exemplo, biópsia óptica. De acordo com tais realizações típicas, a energiade excitação é absorvida pelo(s) íon(s) de terra rara incluídos na misturadescrita, e tal energia de ativação é subseqüentemente transferida para o(s)íon(s) de metal de transição. Metais de terra rara típicos para uso nos íons deamostra mostrados incluem Yb3+ e Tm2+ , pelo menos em parte porque taismetais possuem apenas um (1) estado excitado (aproximadamente a 10'000cm"1) que contém a força plena do oscilador f-f e resulta em uma significativaseção transversal de absorção.

Ao selecionar íons de metal em transição para inclusão nosíons de amostra descritos, metais de transição preferidos não apresentambandas de absorção na faixa próxima de infravermelho, onde o íons de terrarara absorve o fóton de excitação inicial. Entretanto, metais de transiçãopreferidos apresentam vantajosamente bandas de absorção forteaproximadamente a duas vezes a energia de excitação, preferivelmenteatravés de uma ampla faixa de energia. Metais de transição que apresentamtais propriedades permitem a seleção/utilização de níveis de energia deexcitação que maximizam o efeito de avalanche, isto é, tais metais detransição facilitam "sintonia" dos sistemas e métodos descritos paradesempenho melhorado.

Geralmente, o estado de excitação mais baixo deveria ser acimade -13'000 cm"1 para fins dos íons de amostra descritos. Em instâncias nas quaiso limiar de parâmetros de excitação precedente é aplicável, íons de metal detransição tendo as seguintes configurações eletrônicas são geralmenteempregados: 3d , 3d , 3d e 3d (por exemplo, com base nos diagramas deTanabe-Sugano). Ions de metal de transição que apresentam as configuraçõeseletrônicas desejadas incluem, porém não estão limitados a Cr3+, Mn4+, V2+,Mn2+, Ni4+, Fe2+, V3+, Cr4+, Cu2+ e Ni2+. Em adição, íons apresentandoconfigurações eletrônicas 3 d4 e 3 d6 podem ser eficazmente incorporados em íonsde amostra de acordo com a presente descrição, porém pode ser esperado quetais íons de metal sejam eficazes somente em uma faixa de campo de cristalmuito estreito onde os primeiros estados excitados do íons de metal estão comenergia suficiente. Dependendo da simetria de site exata e forças de campo decristal, a cor emitida dos íons de metal de transição de acordo com a presentedescrição pode ser quase qualquer comprimento de onda estendendo-se pelafaixa espectral de verde, amarelo, laranja e vermelho.

No sentido de maximizar a eficiência do processo deconversão para cima em avalanche, os íons de metal de transição e de terrarara são geralmente selecionados de modo a estar a uma distância bemdefinida. De acordo com realizações preferidas da presente descrição, os íonsde metal de transição e de terra rara estão a uma distância bem definida, taldistância estando tão próxima quanto possível. Em adição, o ângulo de ponteentre os dois íons - isto é, o íon de terra rara e o íon de metal de transição - épreferivelmente compartilhamento de canto. Uma configuração decompartilhamento de canto vantajosamente maximiza as superposições defunção de onda, que se traduzem e/ou produzem interação de super troca entreos dois íons.

De acordo com uma realização típica da presente descrição,um sistema de íon de amostra é provido, o qual inclui um par de íons Yb3+ eMn2+. O comportamento/resposta relacionado a energia do par de íonsprecedente é exibido na Figura 3 (que é obtida de Pascal Gerner e outros,"Chem. Eur. J.", 10, 4735-4741, 2004). Após absorção de estado fundamentalnão ressonante (GSA), o dímero Yb -Mn é excitado, porém apenasligeiramente, no estado excitado Yb dominado F5/2. Após absorção de umsegundo fóton de excitação, o dímero Yb -Mn é adicionalmente excitadonas bandas AT\/T2 dominadas Mn2+. O estado de excitação preciso depende daenergia de excitação recebida pelo dímero. A termalização rápida subseqüentedeixa Mn2+ em seu estado excitado 4T1 emissor de vermelho/verde. A corprecisa a luz de emissão é sintonizável via força de campo do cristal,permitindo um grau de liberdade no projeto do fósforo ideal. Emissão deconversão para cima em avalanche típica deveria então ser observável, porexemplo, em brometos (por exemplo, MnBr2:Yb3+), cloretos (MnCl2:Yb3+) eoutros haletos (tais como RbMnCl3: Yb3+, CsMnCl3: Yb3+,CsMnBr3:Yb3+,RbMnBr3:Yb3+, Rb2MnCl4:Yb3+).

Os sistemas e métodos mostrados utilizam o efeito de avalanchepara distinguir claramente íons de amostra em uma localização desejada deconcentrações de íon de amostra de segundo plano separadamente localizadasem relação à localização desejada. Dependendo de quão próxima a energia deativação está do limiar requisitado, a magnitude da emissão associada àconversão para cima será influenciada/afetada. Uma pequena variação naconcentração dos íons de conversão para cima em avalanche se traduz/resulta emuma grande mudança na constante de taxa de relaxação cruzada W. Isto, por suavez, mudará significativamente a população no estado excitado superior(supondo que a potência de excitação seja mantida constante).

Um exemplo típico do efeito de conversão para cima emavalanche associado à presente descrição é graficamente exibido na Figura 4.Espectros de emissão normalizados são calculados para estarem abaixo dolimiar requisitado no gráfico à esquerda, e os espectros de emissãonormalizados são calculados para estarem próximos ao limiar no gráfico àdireita. Deve ser notado que a emissão do íon de amostra a 550 nm é maispronunciada no espectro à direita, se comparada com o espectro à esquerda. Aúnica diferença entre estes espectros é a influência da relaxação cruzada (quepor sua vez determina a relação P/Pc)· No gráfico à esquerda, umaluminescência desejada a 550 nm em um segundo plano forte é observada,como seria o caso em um procedimento de biópsia ópticanormal/convencional. Em perfeito contraste, no gráfico à direita na Figura 4, aluminescência desejada a 550 nm é mostrada quando um fósforo de conversãopara cima em avalanche típico de acordo com a presente descrição é exposto apotência de excitação, onde o sinal de intensidade mais alta está próximo dolimiar. Claramente, a emissão de 550 nm é muito mais pronunciada com ofenômeno de conversão para cima em avalanche da presente descrição, e osinal de segundo plano é muito mais fraco. Portanto, a emissão de 550 nm émuito melhor resolvida através da implementação dos sistemas e métodosmostrados conforme exibido no gráfico à direita da Figura 4.

Com referência à Figura 5, é provido um fluxograma típicopara implementação do sistema e método mostrados. Conforme mostrado, ummétodo/técnica típicos para identificar, medir e/ou monitorar emissões de íonde amostra de modo a identificar regiões de concentração mais alta,envolvem: (i) prover íon(s) de amostra que apresentam o efeito de conversãopara cima em avalanche, (ii) introduzir o(s) íon(s) de amostra para ambientesanatômicos e/ou clínicos de interesse, (iii) permitir que os íons de amostra seconcentrem em região(ões) de interesse, (iv) expor os íons de amostra àenergia de ativação que está no ou próximo ao limiar aplicável, para iniciarconversão para cima em avalanche, e (v) identificar, medir e/ou monitoraremissões de íons de amostra de modo a identificar região(ões) deconcentração mais alta. O método descrito (e sistemas suportando tal método)possuem aplicabilidade de faixa ampla, por exemplo, no diagnóstico de genes,imunodiagnóstico, desenvolvimento medicinal, teste ambiental,biotecnologia, inspeção fluorescente e similares. Uma aplicaçãoparticularmente vantajosa do método descrito e sistema associado envolveprocedimentos de diagnóstico, por exemplo, biópsia óptica.

Embora os sistemas e métodos da presente descrição tenhamsido descritos com referência a realizações típicas desta, a presente descriçãonão está limitada por ou a tais realizações típicas. Ao invés disso, asreceptores típicas descritas são meramente ilustrativas das aplicações,implementações e vantagens associadas aos sistemas e métodos mostrados.Realmente, a presente descrição é destinada a abranger modificações,melhoramentos e variações dos sistemas e métodos mostrados, como seriaprontamente aparente a pessoas especialistas na técnica com base na presentedescrição, e que realiza o espírito e escopo da presente descrição.

Claims (18)

1. Método para identificar uma região ou localização deinteresse, caracterizado pelo fato de compreender:a. prover um ou mais íons de amostra adaptados paraapresentar um efeito de conversão para cima em avalanche;b. expor o(s) íon(s) de amostra a uma energia de ativação parainiciar um efeito de conversão para cima em avalanche; ec. determinar uma ou mais regiões de concentração mais altado(s) íon(s) de amostra, com base nas emissões associadas, pelo menos emparte, no efeito de conversão para cima em avalanche.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o(s) íon(s) de amostra é/são introduzido(s) em um ambienteanatômico e/ou clínico.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que o(s) íon(s) de amostra é/são funcionalizado(s) de modo a seconcentrarem em uma região e/ou localização de interesse.

4. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a energia de ativação é entregueem um nível de energia que está no ou próximo ao limiar para iniciar umefeito de conversão para cima em avalanche para o(s) íon(s) de amostra.

5. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que emissões iniciadas pela energia deativação são eficazes em diferenciar entre uma região/localização deconcentração mais alta de íon(s) de amostra e níveis de segundo plano deíon(s) de amostra.

6. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a energia de ativação não iniciaauto fluorescência do tecido a um nível suficiente para interferir com adeterminação citada.

7. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos íons deamostra inclui uma combinação de íons de metais de transição e de terra rara.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que o íon de terra rara é Yb3+.

9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que pelo menos um dos íons de amostra é um fósforo misturado demetal de transição/de terra rara.

10. Método de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o íon de metal de transição é selecionado dogrupo consistindo de Cr3+, Mn4+, V2+, Mn2+, Ni4+, Fe2+, V3+, Cr4+, Cu2+ e Ni2+.

11. Método de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o íon de metal de transição é caracterizado porum estado eletrônico de 3d , 3d , 3d ou3d .

12. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente umaretícula hospedeira de haleto para incorporar ambos um íon de terra rara e umíon de metal de transição (por exemplo, um brometo (por exemplo,MnBr2:Yb3+), cloreto (MnCl2:Yb3+) ou outro haleto (tais comoRbMnCl3:Yb3+, CsMnCl3:Yb3+, CsMnBr3:Yb3+, RbMnBr3:Yb3+,Rb2MnCl4: Yb3+).

13. Método de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a retícula hospedeira de haleto é eficaz paraemissões que facilitam a determinação recitada.

14. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a determinação está associada auma aplicação tal como diagnóstico de genes, imunodiagnóstico,desenvolvimento medicinal, teste ambiental, biotecnologia, inspeçãofluorescente e biópsia óptica.

15. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmentesintonizar o comprimento de onda de emissão por avalanche da energia deativação com um campo de cristal.

16. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que os íons de metal de transição e deterra rara são selecionados de modo a estarem a uma distância bem definida.

17. Método de acordo com qualquer das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o ângulo de ponte entre o íon deterra rara e o íon de metal de transição envolve compartilhamento de canto.

18. Sistema, caracterizado pelo fato de incluir meio para exporo(s) íon(s) de amostra a energia de ativação e meio para determinar emissõesassociadas a íon(s) de amostra em suporte de um método como definido emqualquer das reivindicações precedentes.