Nano-linsbild av H1N1-influensavirus:Linsfri pixel superupplöst holografisk upptäckt av individuella influensa A-virus (H1N1). Skalstapeln visar 10 mikrometer.
(Phys.org)—Genom att använda små flytande linser som självmonteras runt mikroskopiska föremål, ett team från UCLA:s Henry Samueli School of Engineering and Applied Science har skapat en optisk mikroskopimetod som tillåter användare att direkt se objekt mer än 1, 000 gånger mindre än bredden på ett människohår.
Tillsammans med datorbaserade beräkningsrekonstruktionstekniker, denna bärbara och kostnadseffektiva plattform, som har ett brett synfält, kan upptäcka enskilda virus och nanopartiklar, vilket gör det potentiellt användbart vid diagnos av sjukdomar i vårdcentraler eller områden där medicinska resurser är begränsade.
Elektronmikroskopi är en av de nuvarande guldstandarderna för att titta på föremål i nanoskala. Denna teknik använder en stråle av elektroner för att skissera formen och strukturen hos föremål i nanoskala. Andra optisk bildbehandlingsbaserade tekniker används också, men alla är relativt skrymmande, kräver tid för att förbereda och analysera prover, och har ett begränsat synfält - vanligtvis mindre än 0,2 kvadratmillimeter - vilket kan göra tittande partiklar i en gles befolkning, som låga koncentrationer av virus, utmanande.
För att övervinna dessa problem, UCLA-teamet, leds av Aydogan Ozcan, en docent i elektroteknik och bioteknik, utvecklat den nya optiska mikroskopiplattformen genom att använda linser i nanoskala som fastnar på de föremål som behöver avbildas. Detta låter användare se enstaka virus och andra objekt på ett relativt billigt sätt och möjliggör bearbetning av en stor volym av prover.
Med hjälp av nano-linsmikroskopet. (A) Den experimentella uppställningen. (B) Enbart numerisk modell och svepelektronmikroskopbilder av pärlan, och bead-nano-lins-konfiguration. (C) Steg av provberedningen.
"Detta arbete visar en hög genomströmning och kostnadseffektiv teknik för att detektera sub-100 nanometer partiklar eller virus över mycket stora provområden, sa Ozcan, som också är medlem i California NanoSystems Institute och har en fakultetstjänst vid avdelningen för kirurgi vid David Geffen School of Medicine vid UCLA. "Det möjliggörs av en unik kombination av ytkemi och beräkningsavbildning."
Teamet inkluderade också huvudförfattarna Onur Mudanyali och Euan McLeod, båda UCLA postdoktorer i Ozcan BioPhotonics Research Laboratory; Wei Luo, Alon Greenbaum och Ahmet F. Coskun, UCLA doktorandmedlemmar i Ozcans labb; och Yves Hennequin och Cedric P. Allier, medarbetare från CEA-Leti, ett forskningsinstitut baserat i Frankrike.
På skalor mindre än 100 nanometer, optisk mikroskopi blir en utmaning på grund av dess svaga ljussignalnivåer. Med hjälp av en speciell flytande sammansättning, nanoskala linser, som vanligtvis är tunnare än 200 nanometer, självmontera runt föremål på ett glasunderlag.
Vänster tre kolumner:Linsfri pixel superupplöst holografisk detektion av individuella influensa A (H1N1) virus. För jämförelse, höger kolumn:Bright field oil immersion objektivlinsbilder av H1N1-virus, och en enda svepelektronmikroskopbild av en H1N1.
En enkel ljuskälla, såsom en lysdiod (LED), används sedan för att belysa nano-linsobjektsammansättningen. Genom att använda en kiselbaserad sensoruppsättning, som också finns i mobilkameror, linsfria hologram av nanopartiklarna detekteras. Hologrammen rekonstrueras sedan snabbt med hjälp av en persondator för att upptäcka enstaka nanopartiklar på ett glassubstrat.
Forskarna har använt den nya tekniken för att skapa bilder av enstaka polystyrennanopartiklar, samt adenovirus och H1N1-influensaviruspartiklar.
Även om tekniken inte erbjuder den höga upplösningen av elektronmikroskopi, den har ett mycket bredare synfält – mer än 20 kvadratmillimeter – och kan vara till hjälp för att hitta föremål i nanoskala i prover som är glest befolkade.
Forskningen publiceras online i tidskriften Naturfotonik .
