Dual-beam scrolling interference pattern flow cytometry for high-throughput characterization of submicron sized particles Main article
Dit artikel introduceert een hoogdoorvoeflowcytometrieplatform dat gebruikmaakt van een dubbele straal scrollend interferentiepatroon om gevoeligheidsbeperkingen te overwinnen, waardoor detectie en discriminatie van submicronische deeltjes, inclusief goudnanodeeltjes zo klein als 15 nm, mogelijk wordt bij snelheden tot 750 deeltjes per seconde.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
In de onzichtbare wereld van de nanotechnologie, waar deeltjes te klein zijn om met gewone microscopen te worden gezien, worden wetenschappers geconfronteerd met een hardnekkige uitdaging: hoe ze deze deeltjes snel en nauwkeurig kunnen tellen en meten. Deze minuscule stipjes, variërend van synthetische kralen tot biologische blaasjes die boodschappen tussen cellen vervoeren, zijn cruciaal voor het ontwikkelen van nieuwe medicijnen en het begrijpen van levensprocessen. Traditionele methoden dwingen vaak tot een moeilijke keuze. Sommige technieken kunnen zeer kleine deeltjes zien, maar zijn traag en kunnen er slechts enkele tegelijk analyseren. Andere kunnen duizenden deeltjes per seconde tellen, maar missen de gevoeligheid om iets te detecteren dat kleiner is dan een zandkorrel. Deze kloof heeft ervoor gezorgnd dat onderzoekers worstelen met het karakteriseren van de enorme meerderheid van de deeltjes die in het submicronbereik bestaan, wat de vooruitgang in gebieden van medicijnafgifte tot milieumonitoring beperkt.
Een team onderzoekers aan de Technische Universiteit van Denemarken heeft nu een nieuw soort instrument gebouwd dat deze kloof overbrugt, door een manier te bieden om deze kleine objecten met hoge snelheid te zien en te tellen zonder in te boeten op gevoeligheid. Hun apparaat, een flowcytometer, werkt door twee laserstralen door een vloeistofstroom te schijnen die de deeltjes vervoert. In plaats van een constant, onveranderlijk licht, hebben de onderzoekers een bewegend patroon van licht en donkere strepen gecreëerd, zoals een scrollend gordijn van verlichting, dat over het pad van de deeltjes veegt. Terwijl een deeltje door dit patroon beweegt, flikkert het licht dat het verstrooit met een precies, snel ritme. Door hun detectoren af te stemmen op het luisteren naar alleen dit specifieke ritme, kan het systeem de constante achtergrondruis negeren die dergelijke zwakke signalen gewoonlijk overstemt. Dit stelt de machine in staat om individuele deeltjes te onderscheiden die zo klein zijn als 15 nanometer in diameter, een grootte die bijna onmogelijk is voor standaard snelle tellers om te detecteren.
De onderzoekers testten hun nieuwe systeem met gouden en polystyreen kralen van verschillende groottes, variërend van 15 nanometer tot 500 nanometer. In een directe vergelijking toonden zij aan dat wanneer de machine een enkele, statische lichtstraal gebruikte, deze niet betrouwbaar deeltjes kleiner dan 70 nanometer kon zien. Echter, toen ze overschakelden naar het dubbele, scrollende lichtpatroon, identificeerde het instrument duidelijk deeltjes zo klein als 15 nanometer. Het systeem bereikte dit terwijl het deeltjes verwerkte met een snelheid van tot wel 750 per seconde, een snelheid die vijf keer hoger is dan eerdere hoog-resolutie pogingen om dergelijke kleine objecten te meten. De gegevens verzameld uit deze experimenten kwamen nauw overeen met de theoretische voorspellingen van hoe licht zou verstrooien van deeltjes in dit specifieke type lichtveld, wat bevestigde dat de fysieke principes achter het ontwerp precies volgens de bedoeling werkten.
Een van de meest significante voordelen van deze aanpak is het vermogen om verschillende soorten deeltjes van elkaar te onderscheiden op basis van hun materiaaleigenschappen, en niet alleen op basis van hun grootte. Omdat het scrollende lichtpatroon een unieke signatuur creëert voor elk deeltje, kan het systeem onderscheid maken tussen gouden en plastic kralen, zelfs wanneer ze dezelfde grootte hebben. Dit is een grote verbetering ten opzichte van bestaande methoden die vaak moeite hebben om verschillende materialen in een gemengd monster te onderscheiden. De onderzoekers demonstreerden ook dat het systeem hoge concentraties deeltjes kon verwerken zonder dat ze samenklonterden of de detector in verwarring brachten, een veelvoorkomend probleem dat andere instrumenten dwingt om met zeer verdunde monsters te werken.
Hoewel het huidige prototype een specif으로 type laser- en lensopstelling gebruikt, suggereren de auteurs dat de technologie verder verfijnd kan worden. Ze voerden simulaties uit die lieten zien dat het veranderen van de kleur van het laserlicht en het gebruik van krachtigere lenzen potentieel de gevoeligheid van het systeem nog verder zou kunnen vergroten, waardoor het mogelijk wordt om biologische deeltjes zoals liposomen of extracellulaire blaasjes te detecteren die zeer weinig licht verstrooien. Voor nu dient het apparaat als een bewijs van concept, dat aantoont dat het mogelijk is om de snelle telkracht van flowcytometrie terug te brengen naar de nanoschaal. Door een eenvoudig interferentiepatroon te veranderen in een krachtig detectietool, biedt dit werk een nieuwe, label-vrije manier om de submicronwereld te analyseren, wat potentieel de noodzaak voor meerdere, tragere en complexere meettechnieken kan vervangen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.