Βλέπει συνηθισμένο μικροσκόπιο με μεγάλη ακρίβεια με ειδικά σχεδιασμένο ελαφρύ συρρικνωμένο υλικό

Αυτή η ουσία που μειώνει το φως μετατρέπει ένα παραδοσιακό μικροσκόπιο φωτός σε ένα εξαιρετικά λεπτό μικροσκόπιο. Πίστωση: Junxiang Zhao

Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί στο UCSD έχουν αναπτύξει μια τεχνολογία που βελτιώνει την ανάλυση ενός συνηθισμένου μικροσκοπίου φωτός έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την άμεση παρατήρηση των ευαίσθητων δομών και λεπτομερειών στα ζωντανά κύτταρα.

Η τεχνολογία μετατρέπει ένα συμβατικό μικροσκόπιο φωτός σε κάτι που ονομάζεται εξαιρετικά λεπτό μικροσκόπιο. Περιλαμβάνει ένα ειδικά σχεδιασμένο υλικό που μειώνει το μήκος κύματος του φωτός καθώς φωτίζει το δείγμα – αυτό το μειωμένο φως είναι αυτό που ουσιαστικά επιτρέπει στο μικροσκόπιο να απεικονίσει σε υψηλότερη ανάλυση.

“Αυτό το υλικό μετατρέπει το φως χαμηλής ανάλυσης σε φως υψηλής ανάλυσης”, δήλωσε ο Zhaowei Liu, καθηγητής ηλεκτρολόγων και μηχανολόγων υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο. “Είναι πολύ απλό και εύκολο στη χρήση. Απλώς τοποθετήστε ένα δείγμα στο υλικό και, στη συνέχεια, τοποθετήστε τα πάντα κάτω από ένα κανονικό μικροσκόπιο – δεν απαιτείται ευφάνταστη τροποποίηση.”

Μικροσκόπιο από υλικό συρρίκνωσης του φωτός

Υλικό τοποθετημένο σε ανεστραμμένη σκηνή μικροσκοπίου. Πίστωση: Junxiang Zhao

Εργασία που δημοσιεύτηκε το Επικοινωνία φύσης, Ξεπερνά τους βασικούς περιορισμούς των συμβατικών μικροσκοπίων φωτός: χαμηλή ανάλυση. Τα ελαφριά μικροσκόπια είναι χρήσιμα για την απεικόνιση ζωντανών κυττάρων, αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δουν κάτι μικρότερο. Τα συμβατικά μικροσκόπια φωτός έχουν όριο ανάλυσης 200 νανόμετρα, πράγμα που σημαίνει ότι τυχόν αντικείμενα πιο κοντά από αυτήν την απόσταση δεν θα παρατηρούνται ως ξεχωριστά αντικείμενα. Αν και υπάρχουν πιο ισχυρά εργαλεία, όπως ηλεκτρονικά μικροσκόπια, που έχουν ακριβή εικόνα των υποκυτταρικών δομών, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απεικόνιση ζωντανών κυττάρων, επειδή τα δείγματα πρέπει να τοποθετηθούν σε θάλαμο κενού.

READ  Ένα νέο γονιδίωμα των ψαριών σαλιγκαριών αποκαλύπτει πώς έχουν προσαρμοστεί στις πιέσεις της ζωής στη βαθιά θάλασσα

“Η κύρια πρόκληση είναι να βρούμε μια ενιαία τεχνολογία με πολύ υψηλή ανάλυση που είναι επίσης ασφαλής για τα ζωντανά κύτταρα”, δήλωσε ο Liu.

Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε από την ομάδα της Liu συνδυάζει και τα δύο χαρακτηριστικά. Με αυτό, ένα συμβατικό οπτικό μικροσκόπιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απεικόνιση ζωντανών υποκυτταρικών δομών με ανάλυση έως 40 nm.

Μικροσκόπιο με υπερβολικό μετα-υλικό

Σύγκριση εικόνων που τραβήχτηκαν με μικροσκοπία φωτός χωρίς το υπερβολικό μετα-υλικό (αριστερή στήλη) και με το υπερβολικό μετα-υλικό (δεξιά στήλη): δύο γειτονικές φθορίζουσες χάντρες (επάνω σειρά), κβαντικές κουκκίδες (μεσαία σειρά) και νήματα ακτίνης σε κύτταρα Cos-7 ( κάτω σειρά). Πίστωση: Επικοινωνία φύσης

Η τεχνική αποτελείται από μια μικροσκοπική αντικειμενοφόρο πλάκα που καλύπτεται με έναν τύπο υλικού απορρόφησης φωτός που ονομάζεται υπερβολοειδές μεταϋλικό. Είναι κατασκευασμένο από εναλλασσόμενα στρώματα από ασημί και πυριτικό γυαλί πάχους νανομέτρου. Καθώς το φως περνά, τα μήκη κύματος του συντομεύονται και διασκορπίζονται για να παράγουν μια σειρά τυχαίων, υψηλής ανάλυσης στιγματισμένων μοτίβων. Όταν ένα δείγμα είναι προσαρτημένο στη διαφάνεια, φωτίζεται με διάφορους τρόπους από αυτήν τη σειρά προβολέων. Αυτό δημιουργεί μια σειρά εικόνων χαμηλής ανάλυσης, οι οποίες συλλαμβάνονται και στη συνέχεια συνδυάζονται από τον αλγόριθμο ανακατασκευής για την παραγωγή εικόνας υψηλής ανάλυσης.

Οι ερευνητές δοκίμασαν την τεχνολογία τους χρησιμοποιώντας ένα εμπορικό ανεστραμμένο μικροσκόπιο. Ήταν σε θέση να απεικονίσουν ανεπαίσθητα χαρακτηριστικά, όπως νήματα ακτίνης, σε κύτταρα Cos-7 με φθορίζον – χαρακτηριστικά που δεν μπορούν να διακριθούν σαφώς με το ίδιο μικροσκόπιο. Αυτή η τεχνική επέτρεψε επίσης στους ερευνητές να διακρίνουν σαφώς μεταξύ μικρών σφαιριδίων φθορισμού και κβαντικών κουκίδων μεταξύ 40 και 80 νανομέτρων.

READ  Ο διεθνής σταθμός απειλείται από διαστημικά συντρίμμια [Infographic]

Οι ερευνητές δήλωσαν ότι η εξαιρετικά λεπτή τεχνολογία έχει μεγάλες δυνατότητες λειτουργίας υψηλής ταχύτητας. Στόχος τους είναι να ενσωματώσουν υψηλής ταχύτητας, εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης και χαμηλής ποιότητας φωτοτοξικότητα σε ένα μοναδικό σύστημα απεικόνισης ζωντανών κυττάρων.

Η ομάδα της Liu επεκτείνει τώρα την τεχνολογία για να κάνει απεικόνιση υψηλής ανάλυσης σε 3D χώρο. Αυτό το τρέχον έγγραφο δείχνει ότι η τεχνολογία μπορεί να παράγει εικόνες υψηλής ανάλυσης σε 2D επίπεδο. Η ομάδα του Liu δημοσίευσε προηγουμένως ένα χαρτί Αποδεικνύεται ότι αυτή η τεχνική μπορεί επίσης να απεικονίσει με πολύ υψηλή ομοαξονική ανάλυση (περίπου 2 nm). Τώρα εργάζονται για την ένωση των δύο.

Αναφορά: «Νανοσκόπηση φωτισμού με τη βοήθεια μεταλλουργικών υλικών μέσω εξαιρετικά ακριβών τυχαίων σημείων» των Yeon Ui Lee, Junxiang Zhao, Qian Ma, Larousse Khosravi Khorashad, Clara Posner, Guangru Li, G. Bimananda M. Wisna, Zachary Burns, Jin Zhang, Zhaowei Liu, 10 Μαρτίου 2021 Επικοινωνία φύσης.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21835-8

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Ίδρυμα Gordon & Betty Moore και τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (R35 CA197622). Αυτή η εργασία πραγματοποιήθηκε εν μέρει στην υποδομή νανοτεχνολογίας του Σαν Ντιέγκο (SDNI) στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, το οποίο είναι μέλος της Συντονισμένης Εθνικής Υποδομής Νανοτεχνολογίας, υποστηριζόμενη από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (επιχορήγηση ECCS-1542148).

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *