为粒子3D跟踪开发的新点扩散函数

纳米粒子定位和跟踪在生命科学、药物研发中有着广泛的用途。实时记录纳米粒子的细胞内外运动对于探索生命活动和药物转化的基本规律具有重要意义，对于阐明疾病发病机制、宿主细胞病毒动态感染和病毒动态感染等关键科学问题至关重要。推动纳米药物的开发和转化。

在OpticsLetters上发表的一项新研究中，由科学院苏州生物医学工程与技术研究所(SIBET)的张云海教授领导的研究人员通过调制发射光的相位来重塑点扩散函数(PSF)，从而对发射器的轴向位置进行编码。粒子轴向位置的信息可以通过估计PSF的形状或大小的变化来获得。

研究人员设计了两个新的点扩散函数：2π-双螺旋点扩散函数(2π-DH-PSF)和拼接指数函数点扩散函数(SE-PSF)，并将它们用于三维(3D)跟踪生物粒子。

可以旋转2π弧度的2π-双螺旋PSF(2π-DH-PSF)可以在10μm的轴向范围内对粒子进行三维跟踪。结合散焦相位，并采用特定的光学设置，最终DH-PSF旋转角度为720度，与传统的DH-PSF相比，可以实现四倍的景深扩展。

SE-PSF可以通过调整设计参数来控制空间范围和轴向可检测范围。以指数函数相位和散焦相位为基本单位，通过拼接、对称、优化等操作生成的SE-PSF优化相位可以在20μm轴向范围内的三个维度上跟踪粒子。

空间范围较小的SE-PSF可以有效减少纳米粒子图像的重叠，实现密集多粒子的3D定位。

粒子3D追踪技术可以记录病毒在细胞外生物凝胶(如粘液)中的运动轨迹，以及病毒粒子进入活细胞的过程。

“它可以用来计算粒子的平均速度、扩散系数等。因此，它可以为研究病毒粒子感染宿主细胞的动态传输过程提供参考。”该团队负责人张云海教授说。

除了外膜囊泡、病毒和纳米药物载体的三种应用外，它还可以应用于神经囊泡(50-500nm)、乳糜微粒(75-600nm)和染色体(30-750nm).

张教授表示，跟踪定位技术为神经递质信号转导、胃肠道营养物质消化吸收、遗传物质复制等动态过程提供了新的研究思路和方法。

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