Dual-beam scrolling interference pattern flow cytometry for high-throughput characterization of submicron sized particles Main article
Cet article présente une plateforme de cytométrie en flux à haut débit utilisant un motif d'interférence de défilement à double faisceau pour surmonter les limites de sensibilité, permettant la détection et la discrimination de particules submicroniques, incluant des nanoparticules d'or aussi petites que 15 nm, à des taux allant jusqu'à 750 particules par seconde.
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Dans le monde invisible de la nanotechnologie, où les particules sont trop petites pour être vues avec des microscopes ordinaires, les scientifiques sont confrontés à un défi persistant : comment les compter et les mesurer rapidement et avec précision. Ces minuscules grains, allant de billes synthétiques à des vésicules biologiques qui transportent des messages entre les cellules, sont cruciaux pour développer de nouveaux médicaments et comprendre les processus de la vie. Les méthodes traditionnelles imposent souvent un choix difficile. Certaines techniques peuvent voir des particules très petites mais sont lentes et ne peuvent en analyser que quelques-unes à la fois. D'autres peuvent compter des milliers de particules par seconde mais manquent de sensibilité pour détecter quoi que ce soit de plus petit qu'un grain de sable. Ce fossé a laissé les chercheurs en difficulté pour caractériser la vaste majorité des particules qui existent dans la gamme submicronique, limitant ainsi les progrès dans des domaines allant de l'administration de médicaments à la surveillance environnementale.
Une équipe de chercheurs de l'Université technique du Danemark a maintenant construit un nouvel instrument qui comble ce fossé, offrant un moyen de voir et de compter ces objets minuscules à grande vitesse sans sacrifier la sensibilité. Leur dispositif, un cytomètre de flux, fonctionne en projetant deux faisceaux laser à travers un courant de liquide transportant les particules. Au lieu d'une lumière constante et immuable, les chercheurs ont créé un motif de bandes claires et sombres, comme un rideau d'illumination défilant, qui balaie la trajectoire des particules. À mesure qu'une particule traverse ce motif, la lumière qu'elle diffuse scintille selon un rythme précis et rapide. En réglant leurs détecteurs pour qu'ils n'écoutent que ce rythme spécifique, le système peut ignorer le bruit de fond constant qui noie habituellement des signaux aussi faibles. Cela permet à la machine de distinguer des particules aussi petites que 15 nanomètres de diamètre, une taille qui est presque impossible à détecter pour les compteurs rapides standards.
Les chercheurs ont testé leur nouveau système en utilisant des billes d'or et de polystyrène de tailles diverses, allant de 15 nanomètres jusqu'à 500 nanomètres. Dans une comparaison directe, ils ont montré que lorsque la machine utilisait un faisceau de lumière unique et statique, elle ne pouvait pas voir de manière fiable des particules plus petites que 70 nanomètres. Cependant, lorsqu'ils sont passés au motif de défilement à double faisceau, l'instrument a clairement identifié des particules aussi petites que 15 nanomètres. Le système a atteint cela tout en traitant des particules à un taux allant jusqu'à 750 par seconde, une vitesse cinq fois supérieure aux tentatives de haute résolution précédentes pour mesurer de tels petits objets. Les données collectées lors de ces expériences correspondaient étroitement aux prédictions théoriques sur la façon dont la lumière devrait se diffuser sur les particules dans ce type spécifique de champ lumineux, confirmant que les principes physiques derrière la conception fonctionnaient exactement comme prévu.
L'un des avantages les plus significatifs de cette approche est sa capacité à distinguer différents types de particules en fonction de leurs propriétés matérielles, et non seulement de leur taille. Parce que le motif de lumière défilant crée une signature de signal unique pour chaque particule, le système peut différencier les billes d'or des billes de plastique même lorsqu'elles sont de même taille. Il s'agit d'une amélioration majeure par rapport aux méthodes existantes qui peinent souvent à distinguer différents matériaux dans un échantillon mixte. Les chercheurs ont également démontré que le système pouvait gérer des concentrations élevées de particules sans qu'elles ne s'agglutinent ou ne confondent le détecteur, un problème courant qui force les autres instruments à travailler avec des échantillons très dilués.
Bien que le prototype actuel utilise un type spécifique de montage laser et de lentilles, les auteurs suggèrent que la technologie pourrait être davantage affinée. Ils ont réalisé des simulations montrant que changer la couleur de la lumière laser et utiliser des lentilles plus puissantes pourrait potentiellement rendre le système encore plus sensible, lui permettant peut-être de détecter des particules biologiques comme des liposomes ou des vésicules extracellulaires qui diffusent très peu de lumière. Pour l'instant, le dispositif est une preuve de concept, démontrant qu'il est possible d'amener la puissance de comptage à haute vitesse de la cytométrie de flux à l'échelle nanométrique. En transformant un simple motif d'interférence en un outil de détection puissant, ce travail offre une nouvelle façon sans marquage (label-free) d'analyser le monde submicronique, pouvant potentiellement remplacer le besoin de techniques de mesure multiples, plus lentes et plus complexes.
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