Label-free single nanoparticle identification and characterization in demanding environment, including infectious emergent virus - Institut d'Optique Graduate School Access content directly
Journal Articles Small Year : 2023

Label-free single nanoparticle identification and characterization in demanding environment, including infectious emergent virus

Identification et caractérisation de nanoparticules individuelles sans marquage dans des environnements contraignants, incluant des virus émergents infectieux

Abstract

Unknown particle screening -including virus and nanoparticles- are keys in medicine, industry and also in water pollutant determination. Here we introduce RYtov MIcroscopy for Nanoparticles Identification (RYMINI), a staining-free, non-invasive and non-destructive optical approach that is merging holographic label-free 3D tracking with high-sensitivity quantitative phase imaging into a compact optical setup. Dedicated to the identification and then characterization of single nano-object in solution, it is compatible with highly demanding environments, such as level 3 biological laboratories, with high resilience to external source of mechanical and optical noise. Metrological characterization has been performed at the level of each single particle on both absorbing and transparent particles as well as on immature and infectious HIV, SARS-CoV-2 and extracellular vesicles in solution. We demonstrate the capability of RYMINI to determine the nature, concentration, size, complex refractive index and mass of each single particle without knowledge or model of the particles’ response. The system surpasses 90% accuracy for automatic identification between dielectric/metallic/biological nanoparticles and about 80% for intraclass chemical determination of metallic and dielectric. It falls down to 50-70% for type determination inside the biological nanoparticle’s class.
Le criblage de particules inconnues - y compris des virus et nanoparticules - est essentiel en médecine, dans l'industrie et également dans la détermination des polluants de l'eau. Nous présentons ici la microscopie RYtov pour l'identification des nanoparticules (RYMINI), une approche optique sans marquage, non invasive et non destructive qui fusionne le suivi 3D holographique sans marquage avec l'imagerie de phase quantitative à haute sensibilité dans une configuration optique compacte. Dédiée à l'identification puis à la caractérisation de nano-objets uniques en solution, elle est compatible avec des environnements très exigeants, tels que les laboratoires de biologie de niveau 3, avec une haute résilience aux sources externes de bruit mécanique et optique. Une caractérisation métrologique a été réalisée à l'échelle de chaque particule individuelle sur des nano-objets absorbants ou transparents ainsi que sur du VIH immature et infectieux, du SARS-CoV-2 et des vésicules extracellulaires en solution. Nous démontrons la capacité de RYMINI à déterminer la nature, la concentration, la taille, l’indice de réfraction complexe et la masse de chaque particule sans connaissance ni modèle de la réponse des particules. Le système dépasse les 90 % de précision pour l'identification automatique entre des nanoparticules diélectriques/métalliques/biologiques et environ 80 % pour la détermination chimique intraclasse des métaux et des diélectriques. Il tombe à 50-70 % pour la détermination au sein de la classe des nanoparticules biologiques.
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Licence : CC BY NC - Attribution - NonCommercial
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Dates and versions

hal-03926804 , version 1 (06-01-2023)
hal-03926804 , version 2 (28-11-2023)

Identifiers

Cite

Minh-Chau Nguyen, Peter Bonnaud, Rayane Dibsy, Guillaume Maucort, Sébastien Lyonnais, et al.. Label-free single nanoparticle identification and characterization in demanding environment, including infectious emergent virus. Small, In press, pp.2304564. ⟨10.1002/smll.202304564⟩. ⟨hal-03926804v2⟩

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