Разработаны новые функции рассеяния точки для 3D-трекинга частиц
Трехмерное позиционирование и отслеживание наночастиц широко применяется в науках о жизни и разработке лекарств. Запись движения наночастиц внутри и вне клетки в реальном времени важна для изучения основ жизни и трансформации лекарств, а также для прояснения таких вопросов, как патогенез болезней и динамика вирусной инфекции клеток.
В новом исследовании, опубликованном в Optics Letters, группа под руководством профессора Чжан Юньхая из Сучжоуского института биомедицинского инжиниринга и технологий (SIBET) Китайской академии наук (CAS) модулировала фазу излучаемого света, чтобы изменить функцию рассеяния точки (PSF) и закодировать аксиальное положение источника. Информация о положении частиц по оси Z получается путем оценки изменения формы или размера PSF.
Исследователи разработали две новые функции рассеяния точки:
- 2π-DH-PSF (2π-двойная спираль): может вращаться на 2π радиан для 3D-трекинга частиц в аксиальном диапазоне 10 мкм. В сочетании с фазами расфокусировки и особыми оптическими настройками угол вращения достигает 720 градусов, что вчетверо увеличивает глубину резкости по сравнению с обычной DH-PSF.
- SE-PSF (функция сшитой экспоненты): позволяет управлять пространственным размером и аксиальным диапазоном обнаружения, регулируя параметры. Создается путем сшивания, симметризации и оптимизации фазовых единиц на основе экспоненциальной функции и фазы расфокусировки. Отслеживает частицы в 3D в пределах 20 мкм.
SE-PSF с меньшим пространственным размером эффективно снижает перекрытие изображений наночастиц и позволяет локализовать множество плотно расположенных частиц в 3D.
Эта технология 3D-трекинга может записывать траекторию вируса во внеклеточном биогеле (например, слизи) и процесс проникновения вирусных частиц в живые клетки.
«Она может использоваться для расчета средней скорости частицы, коэффициента диффузии и т.д. Таким образом, она может служить ориентиром для изучения динамического процесса транспорта вирусных частиц, инфицирующих клетки-хозяева», — сказал профессор Чжан Юньхай.
Помимо отслеживания наружных мембранных везикул, вирусов и наноносителей лекарств, технология также применима к нейровезикулам (50–500 нм), хиломикронам (75–600 нм) и хромосомам (30–750 нм).
По словам профессора Чжана, эта технология отслеживания и позиционирования дает новые идеи и методы для исследования динамики нейротрансмиссии, переваривания и всасывания питательных веществ в ЖКТ, а также репликации генетического материала.