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Label-free single nanoparticle identification and characterization including infectious emergent virus

Identification et caractérisation de nanoparticules uniques sans marquage, incluant des virus émergents infectieux

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Abstract

Screening of unknown particles, including viruses and nanoparticles, is key in medicine, industry and pollutant determination. However, existing techniques require sample a priori knowledge or modification (e.g. fluorescence). Here we introduce RYtov MIcroscopy for Nanoparticles Identification (RYMINI), a noninvasive and non-destructive optical approach that is combining holographic labelfree 3D tracking and high-sensitivity quantitative phase imaging into a compact optical setup. Dedicated to the characterization of nano-objects in solution, it is compatible with highly demanding environments such as level-3 biological laboratories. Metrological characterization has been performed at the level of each single object on both absorbing and transparent particles as well as on infectious HIV-1, 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. We discuss the application of the method in unknown solution without requiring any knowledge or model of the particles’ response. It paves the way to label-free nano-object identification in terra incognita.
Le criblage de particules inconnues, y compris les virus et les nanoparticules, est essentiel dans la médecine, l'industrie et la détermination des polluants. Cependant, les techniques existantes nécessitent une connaissance ou une modification a priori de l'échantillon (par exemple, la fluorescence). Nous présentons ici RYtov MIcroscopy for Nanoparticles Identification (RYMINI), une approche optique non invasive et non destructive qui combine le suivi 3D holographique sans marquage et l'imagerie de phase quantitative à haute sensibilité dans une configuration optique compacte. Dédié à la caractérisation de nano-objets en solution, il est compatible avec des environnements très exigeants tels que les laboratoires biologiques de niveau 3. La caractérisation métrologique a été réalisée au niveau de chaque objet sur des particules absorbantes et transparentes ainsi que sur des particules infectieuses (VIH-1, 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. Nous discutons de l'application de la méthode en solution inconnue sans nécessiter connaissance ou modèle a priori de la réponse des particules. Cela ouvre la voie à une identification sans étiquette des nano-objets en terra incognita.
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Dates and versions

hal-03926804 , version 1 (06-01-2023)

Identifiers

Cite

Minh-Chau Nguyen, Peter Bonnaud, Rayane Dibsy, Guillaume Maucort, Sébastien Lyonnais, et al.. Label-free single nanoparticle identification and characterization including infectious emergent virus. 2023. ⟨hal-03926804⟩

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