Fig. 1. Deux fonctions d'étalement de point de défocalisation 2π-double hélice ont été combinées pour obtenir une grande profondeur de champ de suivi des particules. SIBET
Le positionnement et le suivi des nanoparticules ont un large éventail d'utilisations dans les sciences de la vie, la recherche et le développement de médicaments. L'enregistrement en temps réel du mouvement intracellulaire et extracellulaire des nanoparticules est d'une grande importance pour explorer les lois fondamentales des activités de la vie et de la transformation des médicaments, car il est crucial pour clarifier des questions scientifiques clés telles que la pathogenèse de la maladie, l'infection dynamique virale des cellules hôtes et promouvoir le développement et la transformation de nano-médicaments.
Dans une nouvelle recherche publiée sur Optics Letters , des chercheurs dirigés par le professeur Zhang Yunhai du Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology (SIBET) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont modulé la phase de la lumière émise pour remodeler la fonction d'étalement ponctuel (PSF) et ainsi coder l'axial position de l'émetteur. L'information sur la position axiale des particules peut être obtenue en estimant la variation de la forme ou de la taille de la PSF.
Les chercheurs ont conçu deux nouvelles fonctions d'étalement de points :la fonction d'étalement de points à double hélice 2π (2π-DH-PSF) et la fonction d'étalement de points à fonction exponentielle d'épissage (SE-PSF), et les ont utilisées pour suivre les particules biologiques en trois dimensions (3D).
La PSF à double hélice 2π (2π-DH-PSF) qui peut tourner de 2π radians peut suivre les particules en trois dimensions dans la plage axiale de 10 μm. Combiné avec les phases de défocalisation, et adopter un réglage optique spécifique, qui se traduit par un angle de rotation final DH-PSF de 720 degrés, peut atteindre une extension quadruple de la profondeur de champ par rapport à un DH-PSF conventionnel.
Fig. 2. Le processus de génération de la phase de fonction exponentielle d'épissage. Crédit :SIBET
Le SE-PSF peut contrôler l'étendue spatiale et la plage détectable axiale en ajustant les paramètres de conception. Prenant la phase de fonction exponentielle et la phase de défocalisation comme unités de base, la phase optimisée de SE-PSF générée par l'épissage, la symétrie, l'optimisation et d'autres opérations peut suivre les particules en trois dimensions dans une plage axiale de 20 μm.
La SE-PSF avec une étendue spatiale plus petite peut réduire efficacement le chevauchement des images de nanoparticules et réaliser la localisation 3D de multi-particules denses.
La technologie de suivi 3D des particules peut enregistrer la trajectoire du virus dans le gel biologique extracellulaire (comme le mucus) et le processus de pénétration des particules virales dans les cellules vivantes.
"Il peut être utilisé pour calculer la vitesse moyenne des particules, le coefficient de diffusion, etc. Par conséquent, il peut fournir une référence pour étudier le processus de transport dynamique des particules virales infectant les cellules hôtes", a déclaré le professeur Zhang Yunhai, chef d'équipe.
Fig. 3. Comparaison expérimentale. Crédit :SIBET
En plus des trois applications des vésicules de la membrane externe, des virus et des nano-transporteurs de médicaments, il peut également être appliqué aux vésicules neurales (50–500 nm), aux chylomicrons (75–600 nm) et aux chromosomes (30–750 nm) .
La technologie de suivi et de positionnement fournit de nouvelles idées et méthodes de recherche pour le processus dynamique de transduction du signal des neurotransmetteurs, la digestion et l'absorption des nutriments dans le tractus gastro-intestinal et la réplication du matériel génétique, selon le professeur Zhang. Piégeage optique et imagerie simultanés dans le plan axial pour l'interaction lumière-matière
