Fig. 1. Se combinaron dos funciones de dispersión de punto de doble hélice de 2π de desenfoque para lograr un seguimiento de partículas de gran profundidad de campo. SIBET
El posicionamiento y seguimiento de nanopartículas tiene una amplia gama de usos en las ciencias de la vida, la investigación y el desarrollo de fármacos. El registro en tiempo real del movimiento intracelular y extracelular de las nanopartículas es de gran importancia para explorar las leyes básicas de las actividades de la vida y la transformación de fármacos, ya que es crucial para aclarar cuestiones científicas clave como la patogénesis de la enfermedad, la infección viral dinámica de las células huésped y promover el desarrollo y la transformación de nanofármacos.
En una nueva investigación publicada en Optics Letters , los investigadores dirigidos por el Prof. Zhang Yunhai del Instituto de Ingeniería y Tecnología Biomédica de Suzhou (SIBET) de la Academia de Ciencias de China (CAS) modularon la fase de la luz emitida para remodelar la función de dispersión de puntos (PSF) y así codificar el axial posición del emisor. La información sobre la posición axial de las partículas se puede obtener estimando la variación de la forma o tamaño de la PSF.
Los investigadores diseñaron dos nuevas funciones de dispersión de puntos:función de dispersión de puntos de doble hélice 2π (2π-DH-PSF) y función de dispersión de puntos de función exponencial de empalme (SE-PSF), y las utilizaron para rastrear partículas biológicas tridimensionales (3D).
El PSF de doble hélice 2π (2π-DH-PSF), que puede girar 2π radianes, puede rastrear partículas tridimensionalmente en el rango axial de 10 μm. Combinado con las fases de desenfoque y la adopción de una configuración óptica específica, que da como resultado un ángulo de rotación final de DH-PSF de 720 grados, puede lograr una extensión de cuatro veces la profundidad de campo en comparación con un DH-PSF convencional.
Fig. 2. El proceso de generación de la fase de empalme de funciones exponenciales. Crédito:SIBET
El SE-PSF puede controlar la extensión espacial y el rango detectable axial ajustando los parámetros de diseño. Tomando la fase de función exponencial y la fase de desenfoque como unidades básicas, la fase optimizada de SE-PSF generada por empalme, simetría, optimización y otras operaciones puede rastrear partículas en tres dimensiones dentro de un rango axial de 20 μm.
El SE-PSF con una extensión espacial más pequeña puede reducir efectivamente la superposición de imágenes de nanopartículas y realizar la localización 3D de multipartículas densas.
La tecnología de seguimiento 3D para partículas puede registrar la trayectoria del virus en el gel biológico extracelular (como la mucosidad) y el proceso de entrada de las partículas del virus en las células vivas.
"Se puede usar para calcular la velocidad promedio de las partículas, el coeficiente de difusión, etc. Por lo tanto, puede proporcionar una referencia para estudiar el proceso de transporte dinámico de las partículas de virus que infectan las células huésped", dijo el profesor Zhang Yunhai, líder del equipo.
Figura 3. Comparación experimental. Crédito:SIBET
Además de las tres aplicaciones de vesículas de membrana externa, virus y transportadores de nanofármacos, también se puede aplicar a vesículas neurales (50 a 500 nm), quilomicrones (75 a 600 nm) y cromosomas (30 a 750 nm) .
La tecnología de seguimiento y posicionamiento proporciona nuevas ideas y métodos de investigación para el proceso dinámico de transducción de señales de neurotransmisores, digestión y absorción de nutrientes en el tracto gastrointestinal y la replicación de material genético, según el profesor Zhang. Trampa óptica e imágenes simultáneas en el plano axial para la interacción luz-materia
