Suppr超能文献

通过高速3D主动反馈单粒子跟踪显微镜解析多孔水凝胶中粒子扩散的超分辨率异质性。

Super-resolving particle diffusion heterogeneity in porous hydrogels via high-speed 3D active-feedback single-particle tracking microscopy.

作者信息

Lin Yuxin, Lin Haoting, Welsher Kevin D

出版信息

bioRxiv. 2025 Apr 28:2025.03.13.643103. doi: 10.1101/2025.03.13.643103.

Abstract

Nanoparticle diffusion in 3D porous structures is critical to understanding natural and synthetic systems but remains underexplored due to limitations in traditional microscopy methods. Here, we use 3D Single-Molecule Active-feedback Real-time Tracking (3D-SMART) microscopy to resolve nanoparticle dynamics in agarose gels with unprecedented spatiotemporal resolution. We highlight 'hopping diffusion', where particles intermittently escape confinement pockets, providing insights into hydrogel microstructure. Long, highly sampled trajectories enable extraction of kinetic parameters, confinement sizes, and thermodynamic barriers. This study demonstrates 3D-SMART's ability to probe particle-environment interactions at super-resolution (∼10 nm in XY and ∼30 nm in Z) in 3D, offering new perspectives on nanoparticle diffusion and the structural dynamics of porous materials, with implications for drug delivery, material science, and biological systems.

摘要

纳米颗粒在三维多孔结构中的扩散对于理解自然和合成系统至关重要,但由于传统显微镜方法的局限性,这一领域仍未得到充分探索。在此,我们使用三维单分子主动反馈实时追踪(3D-SMART)显微镜,以前所未有的时空分辨率解析琼脂糖凝胶中的纳米颗粒动力学。我们着重介绍了“跳跃扩散”,即颗粒间歇性地从限制口袋中逸出,这为水凝胶微观结构提供了见解。长的、高度采样的轨迹能够提取动力学参数、限制尺寸和热力学势垒。这项研究证明了3D-SMART在三维空间中以超分辨率(XY方向约10纳米,Z方向约30纳米)探测颗粒与环境相互作用的能力,为纳米颗粒扩散和多孔材料的结构动力学提供了新的视角,对药物递送、材料科学和生物系统具有重要意义。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/4cd0/12452600/3df9f9213d0f/nihpp-2025.03.13.643103v3-f0002.jpg

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