Новости космоса и технологий. » Физика » Перемещение микроскопии за пределы разрешающей способности

Перемещение микроскопии за пределы разрешающей способности

Опубликовал: Admin, 20-10-2020, 01:01, Физика, 73, 0

Перемещение микроскопии за пределы разрешающей способности

Польско-израильская группа из физического факультета Варшавского университета и Научного института Вейцмана добилась еще одного значительного достижения в области флуоресцентной микроскопии. На страницах Оптика journal команда представила новый метод микроскопии, который теоретически не имеет предела разрешающей способности. На практике команде удалось продемонстрировать четырехкратное улучшение дифракционного предела.

Продолжающееся развитие биологических наук и медицины требует способности исследовать все меньшие и меньшие объекты. Ученым необходимо изучить структуру и взаимоотношения, например, белков в клетках. При этом исследуемые образцы не должны отличаться от структур, встречающихся в природе в биологических организмах, что исключает использование агрессивных процедур и реагентов. Хотя он произвел революцию в естественные науки классического оптического микроскопа сегодня явно недостаточно.

Из-за волнообразной природы света оптический микроскоп не позволяет отображать структуры размером меньше 250 нанометров. В результате объекты, расположенные ближе друг к другу, чем на половину длины волны света (что составляет около 250 нм для зеленого света), не могут быть различимы. Это явление, известное как дифракционный предел, одно из главных препятствий при наблюдении мельчайших биологических структур, ученые долгое время пытались преодолеть. Электронные микроскопы обеспечивают на несколько порядков лучшее разрешение, но позволяют исследовать только неодушевленные предметы, которые необходимо поместить в вакуум и бомбардировать электронным лучом. По этой причине электронная микроскопия нельзя использовать для изучения живых организмов и происходящих в них природных процессов. Именно здесь на сцену выходит флуоресцентная микроскопия, отсюда быстрое развитие флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения как области физических наук и две Нобелевские премии, уже присужденные за соответствующие исследования - в 2008 и 2014 годах.

В настоящее время доступно несколько методов флуоресцентной микроскопии, и некоторые из них получили широкое распространение в биологической визуализации. Некоторые методы, такие как микроскопия PALM, STORM или STED, характеризуются сверхвысоким разрешением и позволяют различать объекты, расположенные всего в десятке нанометров друг от друга. Однако эти методы требуют длительного времени воздействия и сложной процедуры подготовки биологических образцов. Другие методы, такие как SIM или ISM микроскопия, просты в использовании, но предлагают очень ограниченное улучшение разрешения, позволяя идентифицировать структуры, размер которых составляет половину дифракционного предела.

Александра Срода, Адриан Маковски и доктор Радек Лапкевич из лаборатории квантовой оптики на физическом факультете Варшавского университета в сотрудничестве с командой профессора Дэна Орона из Института науки Вейцмана в Израиле представили новую технику супер -разрешающая микроскопия, называемая сканирующей микроскопией оптических флуктуационных изображений со сверхвысоким разрешением (SOFISM). В SOFISM естественные колебания интенсивности излучения флуоресцентных маркеров используются для дальнейшего повышения пространственного разрешения сканирующего микроскопа изображений (ISM).

ISM, новый метод сверхвысокого разрешения, уже внедрен в коммерческие продукты и доказал свою ценность для сообщества био-визуализации. В основном, потому что он обеспечивает умеренное улучшение разрешения по горизонтали (x2), с очень небольшими изменениями в оптической настройке и без общего недостатка, связанного с длительной выдержкой. Таким образом, он позволяет естественным образом расширить возможности стандартного конфокального микроскопа. ISM использует конфокальный микроскоп, в котором единственный детектор заменен детекторной решеткой. В SOFISM вычисляются корреляции интенсивностей, обнаруженных несколькими детекторами. В принципе, измерение корреляции n-го порядка может привести к увеличению разрешения в 2n раза по отношению к дифракционному пределу. На практике разрешение, достигаемое для корреляций более высокого порядка, ограничивается отношением сигнал /шум измерений.

«SOFISM - это компромисс между простотой использования и разрешением. Мы считаем, что наш метод заполнит нишу между сложными, трудными в использовании методами, обеспечивающими очень высокое разрешение, и простыми в использовании методами низкого разрешения. SOFISM не имеют теоретическое разрешение разрешение предел, и в нашей статье мы демонстрируем результаты, которые в четыре раза лучше дифракционного предела. Мы также показываем, что метод SOFISM имеет высокий потенциал для визуализации трехмерных биологических структур », - сказал доктор Радек Лапкевич.

Что особенно важно, SOFISM в своих технических аспектах очень доступен, так как требует лишь небольшой модификации широко используемого конфокального микроскопа - замены его фотоумножителя на матричный детектор SPAD. Кроме того, необходимо немного увеличить время измерения и изменить порядок обработки данных. «До недавнего времени матричные детекторы SPAD были дорогими, а их спецификации не подходили для корреляционной микроскопии. В последнее время ситуация изменилась. Новые детекторы SPAD, представленные в прошлом году, устранили как технологические, так и связанные с ценой барьеры. Это заставляет нас думать, что флуоресценция Микроскопия Методы, такие как SOFISM, могут через несколько лет получить широкое распространение в области микроскопических исследований », - подчеркнул д-р Лапкевич.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии