Dual-beam scrolling interference pattern flow cytometry for high-throughput characterization of submicron sized particles Main article
Questo articolo introduce una piattaforma di citometria a flusso ad alto rendimento che utilizza un modello di interferenza a scorrimento a doppio fascio per superare i limiti di sensibilità, consentendo la rilevazione e la discriminazione di particelle submicrometriche, inclusi nanoparticelle d'oro grandi quanto 15 nm, a velocità fino a 750 particelle al secondo.
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Nel mondo invisibile della nanotecnologia, dove le particelle sono troppo piccole per essere viste con i microscopi ordinari, gli scienziati affrontano una sfida persistente: come contarle e misurarle in modo rapido e accurato. Questi minuscoli granelli, che vanno da sfere sintetiche a vescicole biologiche che trasportano messaggi tra le cellule, sono cruciali per sviluppare nuovi medicinali e comprendere i processi vitali. I metodi tradizionali impongono spesso una scelta difficile. Alcune tecniche possono vedere particelle molto piccole ma sono lente e possono analizzarne solo poche alla volta. Altre possono contare migliaia di particelle al secondo, ma mancano della sensibilità necessaria per rilevare qualsiasi cosa più piccola di un granello di sabbia. Questo divario ha lasciato i ricercatori in difficoltà nel caratterizzare la vasta maggioranza delle particelle che esistono nell'intervallo sub-micronico, limitando il progresso in campi che vanno dal rilascio di farmaci al monitoraggio ambientale.
Un team di ricercatori presso la Technical University of Denmark ha costruito un nuovo tipo di strumento che colma questo divario, offrendo un modo per vedere e contare questi minuscoli oggetti ad alta velocità senza sacrificare la sensibilità. Il loro dispositivo, un citometro a flusso, funziona facendo passare due fasci laser attraverso un flusso di liquido che trasporta le particelle. Invece di una luce costante e immutata, i ricercatori hanno creato un modello di strisce chiare e scure in movimento, come una tenda di illuminazione scorrevole, che spazza il percorso delle particelle. Mentre una particella si muove attraverso questo schema, la luce che essa diffonde pulsa con un ritmo preciso e rapido. Sintonizzando i loro rilevatori per ascoltare solo questo specifico ritmo, il sistema può ignorare il rumore di fondo costante che di solito sovrasta segnali così deboli. Ciò consente alla macchina di distinguere singole particelle grandi quanto 15 nanometri di diametro, una dimensione che è quasi impossibile da rilevare per i contatori ad alta velocità standard.
I ricercatori hanno testato il loro nuovo sistema utilizzando sfere d'oro e di polistirene di varie dimensioni, che vanno dai 15 ai 500 nanometri. In un confronto diretto, hanno dimostrato che quando la macchina utilizzava un singolo fascio di luce statico, non riusciva a vedere in modo affidabile particelle più piccole di 70 nanometri. Tuttavia, quando hanno attivato il modello a scorrimento a doppio fascio, lo strumento ha identificato chiaramente particelle piccole quanto 15 nanometri. Il sistema ha raggiunto questo risultato elaborando particelle a una velocità fino a 750 al secondo, una velocità cinque volte superiore ai precedenti tentativi ad alta risoluzione di misurare oggetti così piccoli. I dati raccolti da questi esperimenti corrispondevano strettamente alle previsioni teoriche su come la luce dovrebbe diffondersi dalle particelle in questo specifico tipo di campo luminoso, confermando che i principi fisici alla base del design stavano funzionando esattamente come previsto.
Uno dei vantaggi più significativi di questo approccio è la sua capacità di distinguere diversi tipi di particelle in base alle loro proprietà materiche, non solo alle loro dimensioni. Poiché il modello di luce scorrevole crea una firma di segnale unica per ogni particella, il sistema può differenziare tra sfere d'oro e di plastica anche quando hanno la stessa dimensione. Questo rappresenta un grande miglioramento rispetto ai metodi esistenti che spesso faticano a distinguere tra materiali diversi in un campione misto. I ricercatori hanno inoltre dimostrato che il sistema può gestire alte concentrazioni di particelle senza che queste si aggreghino o confondano il rilevatore, un problema comune che costringe altri strumenti a lavorare con campioni molto diluiti.
Sebbene l'attuale prototipo utilizzi un tipo specifico di configurazione di laser e lenti, gli autori suggeriscono che la tecnologia potrebbe essere ulteriormente perfezionata. Hanno eseguito simulazioni mostrando che cambiando il colore della luce laser e utilizzando lenti più potenti, si potrebbe potenzialmente rendere il sistema ancora più sensibile, permettendogli forse di rilevare particelle biologiche come liposomi o vescicole extracellulari che diffondono pochissima luce. Per ora, il dispositivo è una prova di concetto, dimostrando che è possibile portare la potenza di conteggio ad alta velocità della citometria a flusso alla scala nanometrica. Trasformando un semplice schema di interferenza in uno strumento di rilevamento potente, questo lavoro offre un nuovo modo, privo di etichette, per analizzare il mondo sub-micronico, potenzialmente sostituendo la necessità di molteplici tecniche di misurazione più lente e complesse.
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