Nye punktspredningsfunktioner udviklet til partikel 3D-sporing

Positionering og sporing af nanopartikler har en bred vifte af anvendelser inden for biovidenskab, lægemiddelforskning og -udvikling. Realtidsregistrering af den intracellulære og ekstracellulære bevægelse af nanopartikler er af stor betydning for at udforske de grundlæggende love for livsaktiviteter og lægemiddeltransformation, da det er afgørende for at afklare centrale videnskabelige spørgsmål såsom sygdomspatogenese, viral dynamisk infektion af værtsceller og fremme udviklingen og transformationen af ​​nano-lægemidler.

I en ny forskning offentliggjort på Optics Letters , modulerede forskere ledet af prof. Zhang Yunhai fra Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology (SIBET) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) fasen af ​​det udsendte lys for at omforme punktspredningsfunktionen (PSF) og dermed kode den aksiale emitterens position. Informationen om partiklernes aksiale position kan opnås ved at estimere variationen af ​​formen eller størrelsen af ​​PSF'en.

Forskerne designede to nye punktspredningsfunktioner:2π-dobbelt helixpunktspredningsfunktion (2π-DH-PSF) og splejsning af eksponentiel funktionspunktspredningsfunktion (SE-PSF) og brugte dem til tredimensionel (3D) sporing af biologiske partikler.

2π-double-helix PSF (2π-DH-PSF), som kan rotere 2π radianer, kan spore partikler tredimensionelt i det aksiale område på 10 μm. Kombineret med defokuseringsfaserne og vedtage en specifik optisk indstilling, som resulterer i en endelig DH-PSF rotationsvinkel på 720 grader, kan opnå en firedobling af dybdeskarpheden sammenlignet med en konventionel DH-PSF.

SE-PSF kan kontrollere den rumlige udstrækning og det aksiale detekterbare område ved at justere designparametrene. Ved at tage eksponentiel funktionsfase og defokusfase som grundlæggende enheder, kan den optimerede fase af SE-PSF genereret ved splejsning, symmetri, optimering og andre operationer spore partikler i tre dimensioner inden for 20 μm aksialt område.

SE-PSF med en mindre rumlig udstrækning kan effektivt reducere overlapningen af ​​nanopartikelbilleder og realisere 3D-lokaliseringen af ​​tætte multi-partikler.

3D-sporingsteknologien for partikler kan registrere virussens bane i den ekstracellulære biologiske gel (såsom slim) og processen med viruspartikler, der trænger ind i levende celler.

"Det kan bruges til at beregne partiklernes gennemsnitlige hastighed, diffusionskoefficient osv. Derfor kan det give en reference til at studere den dynamiske transportproces af viruspartikler, der inficerer værtsceller," sagde prof. Zhang Yunhai, teamlederen.

Ud over de tre anvendelser af ydre membranvesikler, vira og nano-lægemiddelbærere, kan den også anvendes til neurale vesikler (50-500 nm), chylomikroner (75-600 nm) og kromosomer (30-750 nm) .

Sporings- og positioneringsteknologien giver nye forskningsidéer og metoder til dynamisk proces af signaltransduktion af neurotransmitter, fordøjelse og absorption af næringsstoffer i mave-tarmkanalen og replikering af genetisk materiale, ifølge prof. Zhang. + Udforsk yderligere

Samtidig optisk indfangning og billeddannelse i det aksiale plan for lys-stof-interaktion