Nieuwe technologie maakt een nauwkeuriger beeld van de kleinste nanodeeltjes mogelijk

De huidige state-of-the-art technieken hebben duidelijke beperkingen als het gaat om het afbeelden van de kleinste nanodeeltjes, waardoor het voor onderzoekers moeilijk wordt om virussen en andere structuren op moleculair niveau te bestuderen.

Wetenschappers van de Universiteit van Houston en het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas hebben gerapporteerd in Nature Communications een nieuwe optische beeldtechnologie voor objecten op nanoschaal, die vertrouwt op niet-verstrooid licht om nanodeeltjes zo klein als 25 nanometer in diameter te detecteren. De technologie, bekend als PANORAMA, maakt gebruik van een glazen plaatje bedekt met gouden nanodiscs, waardoor wetenschappers veranderingen in de transmissie van licht kunnen volgen en de kenmerken van het doelwit kunnen bepalen.

PANORAMA ontleent zijn naam aan Plasmonic Nano-aperture Label-free Imaging (PlAsmonic NanO-apeRture lAbel-free iMAging), wat de belangrijkste kenmerken van de technologie aangeeft. PANORAMA kan worden gebruikt om individuele diëlektrische nanodeeltjes te detecteren, tellen en bepalen.

Wei-Chuan Shih, hoogleraar elektrotechniek en computertechnologie aan de UH en corresponderende auteur van het artikel, zei dat het kleinste transparante object dat een standaard microscoop kan maken tussen de 100 nanometer en 200 nanometer ligt. Dat komt vooral omdat ze – behalve dat ze zo klein zijn – niet genoeg licht reflecteren, absorberen of “verstrooien”, waardoor beeldvormingssystemen hun aanwezigheid kunnen detecteren.

Etikettering is een andere veelgebruikte techniek; het vereist dat onderzoekers iets weten over het deeltje dat ze bestuderen – dat een virus bijvoorbeeld een spike-eiwit heeft – en een manier bedenken om dat kenmerk te labelen met fluorescerende kleurstof of een andere methode om het deeltje gemakkelijker te detecteren.

“Anders zal het onder de microscoop net zo onzichtbaar lijken als een klein stofdeeltje, omdat het te klein is om te detecteren”, zei Shih.

Nog een nadeel? Etikettering is alleen zinvol als onderzoekers in ieder geval al iets weten over het deeltje dat ze willen bestuderen.

‘Met PANORAMA hoef je de etikettering niet te doen,’ zei Shih. “Je kunt het direct bekijken omdat PANORAMA niet afhankelijk is van het detecteren van het verstrooide licht van de nanodeeltjes.”

In plaats daarvan stelt het systeem waarnemers in staat om een ​​transparant doel van slechts 25 nanometer te detecteren door de lichttransmissie door het met gouden nanodisc bedekte glazen objectglaasje te volgen. Door veranderingen in het licht te volgen, kunnen ze de nabijgelegen nanodeeltjes detecteren. Het optische beeldvormingssysteem is een standaard helderveldmicroscoop die gewoonlijk in elk laboratorium wordt aangetroffen. Er zijn geen lasers of interferometers nodig die in veel andere labelvrije beeldtechnologieën vereist zijn.

“De maximale grootte is volgens de gegevens niet bereikt. We zijn gestopt bij nanodeeltjes van 25 nm, simpelweg omdat dat het kleinste polystyreen nanodeeltje op de markt is”, zei Shih.