Z novo tehnologijo mikroskopije si podrobneje oglejte notranjost živih celic

Raziskovalci na Univerzi v Tokiu so našli način za povečanje občutljivosti obstoječega kvantitativnega faznega slikanja, tako da je mogoče vse strukture v živih celicah hkrati gledati od majhnih delcev do velikih struktur. Ta umetniška upodobitev tehnike prikazuje impulze umešane svetlobe (zelena, zgoraj), ki potuje skozi celico (sredina) in zunaj (spodaj), kjer je mogoče analizirati spremembe svetlobnih valov in dobiti podrobnejšo sliko Se lahko spremeni v. Lep pozdrav: s-graphics.co.jp, CC BY-NC-ND

Nadgradnje kvantitativnega faznega slikanja lahko povečajo jasnost slike z razširitvijo dinamičnega razpona.

Strokovnjaki za optično fiziko so razvili nov način pogleda znotraj živih celic z uporabo obstoječe mikroskopske tehnologije in brez potrebe po dodajanju madežev ali fluorescentnih barvil.

Ker so posamezne celice skoraj prosojne, morajo mikroskopske kamere zaznati izjemno subtilne razlike v svetlobi, ki prehaja skozi dele celice. Te razlike so znane kot faze svetlobe. Slikovni senzorji kamere so omejeni na količino svetlobne fazne razlike, kar lahko imenujemo dinamični razpon.

“Če želimo videti več podrobnosti s podobnimi slikovnimi senzorji, moramo razširiti dinamični razpon, da bomo lahko zaznali majhne fazne spremembe svetlobe,” je dejal Takuro Ideguchi, izredni profesor na Inštitutu za fotonsko znanost in tehnologijo Univerze v Tokiu rekel.

Raziskovalna skupina je razvila tehniko, s katero je dvakrat osvetlila ločeno merjenje velikih in majhnih sprememb v svetlobni fazi in jih nato radialno povezala, da je ustvarila zelo podrobno končno sliko. Svojo metodo je poimenoval Adaptive Dynamic Range Shift Quantitative Phase Imaging (ADRIFT-QPI) in nedavno objavil svoje rezultate Razsvetljava: znanost in aplikacije.

Razširitev dinamičnega razpona z ADRIFT QPI

Slike kroglic silicijevega dioksida, posnete z običajnim kvantitativnim faznim slikanjem (zgoraj), in jasna slika so ustvarjene z novo metodo mikroskopije ADRIFT-QPI (spodaj), ki jo je razvila raziskovalna skupina na Univerzi v Tokiu. Fotografije na levi so slike optične faze, fotografije na desni pa spremembe optičnih faz, ki jih povzroča absorpcija svetlobe s sredinsko infrardečo (molekularno specifično) silikatnimi kroglicami. V tej demonstraciji dokazov o konceptu so raziskovalci izračunali, da so z ADRIFT-QPI dosegli približno 7-krat večjo občutljivost kot tradicionalni QPI. Zasluge: Toda idr. Slika avtorja CC-BY 4.0

„Naša metoda ADRIFT-QPI ne zahteva posebnega laserja, posebnega mikroskopa ali slikovnega senzorja; Uporabljamo lahko žive celice, ne potrebujemo madežev ali fluorescence, verjetnost fototoksičnosti pa je zelo majhna, «je dejal Ideguchi.

READ  Prva slika iz redkega dvojnega preleta Venere tega tedna

Fototoksičnost se nanaša na ubijanje celic s svetlobo, kar lahko postane težava pri nekaterih drugih slikovnih tehnikah, kot je fluorescenčno slikanje.

Kvantitativno fazno slikanje pošlje impulz ravnega lista svetlobe proti celici, nato pa izmeri fazni premik svetlobnih valov po prehodu skozi celico. Nato računalniška analiza rekonstruira sliko glavnih struktur znotraj celice. Ideguchi in njegovi kolegi so že pred tem uvedli druge metode za izboljšanje kvantitativne fazne mikroskopije.

Kvantitativno fazno slikanje je močno orodje za pregled posameznih celic, saj raziskovalcem omogoča izvedbo podrobnih meritev, na primer sledenje stopnje rasti celice na podlagi sprememb svetlobnih valov. Vendar je občutljivost v kvantitativnem vidiku tehnike nizka, saj je nasičenost slikovnega senzorja nizka, zato nanodelcev v običajnih pristopih ni mogoče slediti v celicah in okoli njih.

ADRIFT QPI Live COS7 Prodaja

Standardna slika (zgoraj) je bila narejena z uporabo običajnega kvantitativnega faznega slikanja in jasna slika (spodaj) z novo metodo ADRIFT-QPI za mikroskopijo, ki jo je razvila raziskovalna skupina na Univerzi v Tokiu. Fotografije na levi so slike optične faze, slike na desni pa prikazujejo spremembe optične faze predvsem zaradi absorpcije svetlobe v srednjem infrardečem (molekularno specifičnem) stanju. Modra puščica kaže na rob jedra, bela puščica kaže na jedro (pregrada znotraj jedra), zelena puščica pa na druge večje delce. Zasluge: Toda idr. Slika avtorja CC-BY 4.0

Nova metoda ADRIFT-QPI je presegla mejo dinamičnega praga kvantitativnega faznega slikanja. Med ADRIFT-QPI fotoaparat posname dve osvetlitvi in ​​ustvari končno sliko, ki ima sedemkrat večjo občutljivost kot običajne kvantitativne fazne mikroskopske slike.

Prva izpostavljenost je narejena s konvencionalnim kvantitativnim faznim slikanjem – ravno vzorec svetlobe se pulzira proti vzorcu in faza svetlobe se meri, ko vzorec prehaja. Računalniški program za analizo slike najprej razvije sliko vzorca na podlagi izpostavljenosti, nato pa hitro oblikuje oblikovan svetlobni val, ki odraža sliko vzorca. Ločena komponenta, imenovana naprava za oblikovanje valovnega fronta, nato izdela to “skulpturo svetlobe” z visokointenzivno svetlobo za večjo osvetlitev in impulze za vzorec za drugi prikaz.

READ  CDC pravi, da so športne igre v zaprtih prostorih potencialni širši dogodki, potem ko je večina hokejistov na Floridi okuženih s Covid-19

Če prva osvetlitev ustvari sliko, ki je bila resnična predstavitev vzorca, potem po meri narejeni svetlobni valovi druge izpostavljenosti vstopijo v vzorec v različnih stopnjah, preidejo skozi vzorec in nato na ravno svetlobno ploščo. Pojavi se v obliki in ustvari svetlobo, ki fotoaparatu omogoča, da vidi samo temno sliko.

»To je zanimivo: sliko vzorca izbrišemo. Nočemo videti skoraj ničesar. Velike konstrukcije dekonstruiramo tako, da lahko zelo podrobno vidimo manjše, «je pojasnil Ideguchi.

V resnici je prva izpostavljenost nepopolna, zato se mikroskopski svetlobni valovi pojavijo s subtilnimi faznimi odstopanji.

Druga izpostavljenost nakazuje, da so bile majhne fazne fazne razlike, ki so bile “izprane” zaradi velikih razlik v prvi izpostavljenosti. Te preostale majhne razlike svetlobne faze je mogoče izmeriti s povečano občutljivostjo zaradi močnejše osvetlitve, uporabljene pri drugi osvetlitvi.

Dodatna računalniška analiza rekonstruira končno podobo vzorca v razširjenem dinamičnem območju od obeh merilnih rezultatov. V demonstracijah dokazov o konceptu raziskovalci ocenjujejo, da ADRIFT-QPI proizvaja slike s sedemkrat večjo občutljivostjo kot običajna kvantitativna fazna slika.

Ideguchi trdi, da je resnična korist ADRIFT-QPI sposobnost videti majhne delce v kontekstu celotne žive celice brez potrebe po nalepkah ali madežih.

“Na primer, majhne signale je mogoče zaznati iz nanodelcev, kot so virusi ali delci, ki se gibljejo v celici in iz nje, kar omogoča hkratno opazovanje njihovega vedenja in stanja celice,” je dejal Ideguchi .

V povezavi z. Toda, m. Tamamitsu in T. “Adaptive Dynamic Range Shift (ADRIFT) Quantitative Phase Imaging” avtor Ideguchi, 31. december 2020 Razsvetljava: znanost in aplikacije.
DOI: 10.1038 / s41377-020-00435-z

Financiranje: Japonska agencija za znanost in tehnologijo, Japonsko društvo za promocijo znanosti.

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x