(Phys.org) — Door kleine vloeibare lenzen te gebruiken die zichzelf rond microscopisch kleine objecten assembleren, een team van UCLA's Henry Samueli School of Engineering and Applied Science heeft een optische microscopiemethode ontwikkeld waarmee gebruikers objecten direct kunnen zien van meer dan 1, 000 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar.

In combinatie met computergebaseerde computationele reconstructietechnieken, dit draagbare en kosteneffectieve platform, die een breed gezichtsveld heeft, kan individuele virussen en nanodeeltjes detecteren, waardoor het potentieel nuttig is bij de diagnose van ziekten in point-of-care-omgevingen of gebieden waar de medische middelen beperkt zijn.

Elektronenmicroscopie is een van de huidige gouden standaarden voor het bekijken van objecten op nanoschaal. Deze technologie gebruikt een elektronenstraal om de vorm en structuur van objecten op nanoschaal te schetsen. Er worden ook andere op optische beeldvorming gebaseerde technieken gebruikt, maar ze zijn allemaal relatief omvangrijk, tijd nodig hebben voor de voorbereiding en analyse van monsters, en een beperkt gezichtsveld hebben - meestal kleiner dan 0,2 vierkante millimeter - waardoor kijkdeeltjes in een schaarse populatie kunnen worden waargenomen, zoals lage concentraties virussen, uitdagend.

Om deze problemen op te lossen, het UCLA-team, geleid door Aydogan Ozcan, een universitair hoofddocent elektrotechniek en bio-engineering, ontwikkelde het nieuwe optische microscopieplatform door gebruik te maken van lenzen op nanoschaal die zich hechten aan de objecten die moeten worden afgebeeld. Hierdoor kunnen gebruikers op een relatief goedkope manier afzonderlijke virussen en andere objecten zien en kunnen grote hoeveelheden monsters worden verwerkt.

"Dit werk demonstreert een hoge doorvoer en kosteneffectieve techniek om sub-100 nanometer deeltjes of virussen te detecteren over zeer grote monstergebieden, " zei Ozcan, die ook lid is van het California NanoSystems Institute en een faculteitsaanstelling heeft op de afdeling chirurgie van de David Geffen School of Medicine aan de UCLA. "Het wordt mogelijk gemaakt door een unieke combinatie van oppervlaktechemie en computationele beeldvorming."

Het team omvatte ook hoofdauteurs Onur Mudanyali en Euan McLeod, beide UCLA-postdoctorale wetenschappers in het Ozcan BioPhotonics Research Laboratory; Wei Luo, Alon Greenbaum en Ahmet F. Coskun, UCLA-afgestudeerde studentleden van het laboratorium van Ozcan; en Yves Hennequin en Cedric P. Allier, medewerkers van CEA-Leti, een onderzoeksinstituut gevestigd in Frankrijk.

Op schalen kleiner dan 100 nanometer, optische microscopie wordt een uitdaging vanwege de zwakke lichtsignaalniveaus. Met behulp van een speciale vloeibare samenstelling, lenzen op nanoschaal, die doorgaans dunner zijn dan 200 nanometer, zelf assembleren rond objecten op een glazen ondergrond.

Een eenvoudige lichtbron, zoals een light-emitting diode (LED), wordt vervolgens gebruikt om de nano-lens objectassemblage te verlichten. Door gebruik te maken van een op silicium gebaseerde sensorarray, die ook wordt aangetroffen in camera's van mobiele telefoons, lensvrije hologrammen van de nanodeeltjes worden gedetecteerd. De hologrammen worden vervolgens snel gereconstrueerd met behulp van een personal computer om afzonderlijke nanodeeltjes op een glassubstraat te detecteren.

De onderzoekers hebben de nieuwe techniek gebruikt om afbeeldingen te maken van enkele polystyreen nanodeeltjes, evenals adenovirussen en H1N1-influenzavirusdeeltjes.

Hoewel de techniek niet de hoge resolutie van elektronenmicroscopie biedt, het heeft een veel breder gezichtsveld - meer dan 20 vierkante millimeter - en kan nuttig zijn bij het vinden van objecten op nanoschaal in dunbevolkte monsters.

Het onderzoek wordt online gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfotonica .