Novas funções de espalhamento de pontos desenvolvidas para rastreamento 3D de partículas

Fig. 1. Duas funções de espalhamento de ponto de hélice dupla de 2π desfocagem foram combinadas para alcançar grande profundidade de rastreamento de partículas de campo. SIBET

O posicionamento e rastreamento de nanopartículas têm uma ampla gama de usos em ciências da vida, pesquisa e desenvolvimento de medicamentos. O registro em tempo real do movimento intracelular e extracelular de nanopartículas é de grande importância na exploração das leis básicas das atividades da vida e da transformação de drogas, pois é crucial para esclarecer questões científicas importantes, como patogênese da doença, infecção dinâmica viral de células hospedeiras e promover o desenvolvimento e transformação de nano-drogas.
Em uma nova pesquisa publicada em Optics Letters , pesquisadores liderados pelo Prof. Zhang Yunhai do Instituto de Engenharia e Tecnologia Biomédica de Suzhou (SIBET) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) modularam a fase da luz emitida para remodelar a função de propagação do ponto (PSF) e, assim, codificar o axial posição do emissor. A informação sobre a posição axial das partículas pode ser obtida estimando a variação da forma ou tamanho do PSF.

Os pesquisadores projetaram duas novas funções de espalhamento de ponto:função de espalhamento de ponto de dupla hélice de 2π (2π-DH-PSF) e função de espalhamento de ponto de função exponencial de emenda (SE-PSF), e as usaram para rastrear partículas biológicas tridimensionais (3D).

O PSF de dupla hélice de 2π (2π-DH-PSF) que pode girar 2π radianos pode rastrear partículas tridimensionalmente na faixa axial de 10 μm. Combinado com as fases de desfocagem e adotando uma configuração óptica específica, que resulta em um ângulo de rotação final DH-PSF de 720 graus, pode alcançar uma extensão de quatro vezes da profundidade de campo em comparação com um DH-PSF convencional.

Fig. 2. O processo de geração da fase de função exponencial de splicing. Crédito:SIBET

O SE-PSF pode controlar a extensão espacial e o alcance axial detectável ajustando os parâmetros de projeto. Tomando a fase de função exponencial e a fase de desfocagem como unidades básicas, a fase otimizada do SE-PSF gerada por emenda, simetria, otimização e outras operações pode rastrear partículas em três dimensões dentro de uma faixa axial de 20μm.

O SE-PSF com uma extensão espacial menor pode efetivamente reduzir a sobreposição de imagens de nanopartículas e realizar a localização 3D de multipartículas densas.

A tecnologia de rastreamento 3D para partículas pode registrar a trajetória do vírus no gel biológico extracelular (como muco) e o processo de partículas virais que entram nas células vivas.

"Ele pode ser usado para calcular a velocidade média das partículas, coeficiente de difusão, etc. Portanto, pode fornecer uma referência para estudar o processo de transporte dinâmico de partículas virais que infectam células hospedeiras", disse o professor Zhang Yunhai, líder da equipe.

Fig. 3. Comparação experimental. Crédito:SIBET

Além das três aplicações de vesículas de membrana externa, vírus e carreadores de nanodrogas, também pode ser aplicado a vesículas neurais (50-500 nm), quilomícrons (75-600 nm) e cromossomos (30-750 nm) .

A tecnologia de rastreamento e posicionamento fornece novas idéias de pesquisa e métodos para o processo dinâmico de transdução de sinais de neurotransmissores, digestão e absorção de nutrientes no trato gastrointestinal e a replicação de material genético, de acordo com o Prof. Zhang. + Explorar mais