Nano-linsemikroskoper kan detektere vira, andre objekter på nanoskala

(Phys.org) – Ved at bruge bittesmå flydende linser, der samler sig selv omkring mikroskopiske genstande, et hold fra UCLA's Henry Samueli School of Engineering and Applied Science har skabt en optisk mikroskopimetode, der giver brugerne mulighed for direkte at se objekter mere end 1, 000 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår.

Sammen med computerbaserede beregningsrekonstruktionsteknikker, denne bærbare og omkostningseffektive platform, som har et bredt synsfelt, kan detektere individuelle vira og nanopartikler, hvilket gør det potentielt nyttigt til diagnosticering af sygdomme i point-of-care-miljøer eller områder, hvor medicinske ressourcer er begrænsede.

Elektronmikroskopi er en af ​​de nuværende guldstandarder for visning af objekter i nanoskala. Denne teknologi bruger en stråle af elektroner til at skitsere formen og strukturen af ​​objekter i nanoskala. Andre optisk billeddannelsesbaserede teknikker bruges også, men de er alle forholdsvis store, kræver tid til forberedelse og analyse af prøver, og har et begrænset synsfelt - typisk mindre end 0,2 kvadratmillimeter - hvilket kan gøre separtikler i en sparsom befolkning, lave koncentrationer af vira, udfordrende.

For at overvinde disse problemer, UCLA-holdet, ledet af Aydogan Ozcan, en lektor i elektroteknik og bioteknik, udviklet den nye optiske mikroskopi platform ved at bruge nanoskala linser, der klæber til de objekter, der skal afbildes. Dette giver brugerne mulighed for at se enkelte vira og andre objekter på en relativt billig måde og giver mulighed for behandling af en stor mængde prøver.

"Dette arbejde demonstrerer en høj-throughput og omkostningseffektiv teknik til at detektere sub-100 nanometer partikler eller vira over meget store prøveområder, " sagde Ozcan, som også er medlem af California NanoSystems Institute og har en fakultetsansættelse i afdelingen for kirurgi på David Geffen School of Medicine ved UCLA. "Det er muliggjort af en unik kombination af overfladekemi og beregningsmæssig billeddannelse."

Holdet inkluderede også hovedforfatterne Onur Mudanyali og Euan McLeod, begge UCLA-postdoktorale forskere i Ozcan BioPhotonics Research Laboratory; Wei Luo, Alon Greenbaum og Ahmet F. Coskun, UCLA kandidat-studerende medlemmer af Ozcans laboratorium; og Yves Hennequin og Cedric P. Allier, samarbejdspartnere fra CEA-Leti, et forskningsinstitut med base i Frankrig.

Ved skalaer mindre end 100 nanometer, optisk mikroskopi bliver en udfordring på grund af dets svage lyssignalniveauer. Ved hjælp af en speciel flydende sammensætning, nanoskala linser, som typisk er tyndere end 200 nanometer, selvsamler omkring genstande på et glasunderlag.

En simpel lyskilde, såsom en lysemitterende diode (LED), bruges derefter til at belyse nano-objektivet. Ved at bruge et siliciumbaseret sensorarray, som også findes i mobiltelefonkameraer, linsefri hologrammer af nanopartiklerne påvises. Hologrammerne rekonstrueres derefter hurtigt ved hjælp af en personlig computer for at detektere enkelte nanopartikler på et glassubstrat.

Forskerne har brugt den nye teknik til at skabe billeder af enkelt polystyren nanopartikler, samt adenovira og H1N1-influenzaviruspartikler.

Selvom teknikken ikke tilbyder den høje opløsning af elektronmikroskopi, det har et meget bredere synsfelt - mere end 20 kvadratmillimeter - og kan være nyttigt til at finde objekter i nanoskala i prøver, der er tyndt befolket.

Forskningen er publiceret online i tidsskriftet Naturfotonik .