Реализация 3D-реконструкции динамики наномоторов в реальном времени с использованием светополевой микроскопии и фазово-пространственной деконволюции

Количественное разрешение движений на наносcale необходимо для понимания коллоидных активных систем. Однако традиционное 2D-трекингирование страдает от проекционных искажений, что может приводить к неточным измерениям диффузии и затрудняет корректную характеристику активного движения. В настоящей работе мы представляем систему светополевой микроскопии (LFM) с фазово-пространственной деконволюцией, обеспечивающую безскановую, реального времени объемную визуализацию, что позволяет реконструировать тремерные временные последовательности и извлекать непрерывные 3D-траектории с миллисекундным временным разрешением и аксиальной точностью локализации ~100 нм. Платформу мы валидации на коллоидных частицах диаметром 200 нм, демонстрируя, что измеренное 3D-среднеквадратичное смещение согласуется с предсказанием уравнения Стокса–Эйнштейна в пределах 0,61% — шестикратное улучшение точности диффузии по сравнению с традиционным 2D-трекингом. При применении к фермент-активированным янусовым наномоторам наш метод количественно разделяет активное движение и броуновское тепловое движение и выявляет примерно двукратное увеличение эффективной диффузии в присутствии глюкозы (D_eff = 5.97 µm^2 s^−1). В живых клетках метод обеспечивает надежный 3D-трекинг на фоне клеточного аутофлуоресценции и позволяет различать фермент-активированные наномоторы и пассивные контрольные частицы. Предложенная методика устанавливает надежную основу для количественной 3D-характеризации как пассивных, так и активных наносистем, предоставляя прямую экспериментальную связь между динамикой на наносcale и теоретическими моделями сложных биологических сред.