Το ανασυρόμενο υλικό επιτρέπει στο συνηθισμένο μικροσκόπιο να βλέπει σε σούπερ ανάλυση

Το υλικό τοποθετείται στη σκηνή ενός ανεστραμμένου μικροσκοπίου. Πίστωση: Junxiang Zhao

Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο έχουν αναπτύξει τεχνολογία που βελτιώνει την ανάλυση ενός συνηθισμένου φωτός μικροσκοπίου, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την άμεση παρατήρηση λεπτότερων δομών και λεπτομερειών σε ζωντανά κύτταρα.


Η τεχνολογία μεταμορφώνει ένα φως μικροσκόπιο σε αυτό που ονομάζεται μικροσκόπιο υπερ-ανάλυσης. Αυτό είναι ένα ειδικά σχεδιασμένο υλικό που μειώνει το μήκος κύματος φωτός καθώς φωτίζει το δείγμα – αυτό το περιορισμένο φως είναι αυτό που ουσιαστικά επιτρέπει στο μικροσκόπιο να απεικονίζει 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 UC San Diego. “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 απαιτούνται φανταχτερές τροποποιήσεις.”

Το έργο, το οποίο δημοσιεύθηκε το Επικοινωνία φύσης, ξεπερνά έναν σημαντικό περιορισμό των συμβατικών οπτικών μικροσκοπίων: χαμηλή ανάλυση. Τα οπτικά μικροσκόπια είναι χρήσιμα για ζωντανή απεικόνιση κύτταρα, αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δείτε κάτι μικρότερο. Τα συμβατικά οπτικά μικροσκόπια έχουν όριο ανάλυσης 200 νανόμετρα, πράγμα που σημαίνει ότι αντικείμενα πιο κοντά από αυτήν την απόσταση δεν θα θεωρούνται ξεχωριστά αντικείμενα. Και παρόλο που υπάρχουν πιο ισχυρά εργαλεία όπως ηλεκτρονικά μικροσκόπια, τα οποία έχουν την ανάλυση να βλέπουν υποκυτταρικές δομές, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απεικόνιση ζωντανών κυττάρων, επειδή τα δείγματα πρέπει να τοποθετηθούν σε θάλαμο κενού.

Το ανασυρόμενο υλικό επιτρέπει στο συνηθισμένο μικροσκόπιο να βλέπει σε σούπερ ανάλυση

Αυτό το ανασυρόμενο υλικό μετατρέπει ένα συμβατικό οπτικό μικροσκόπιο σε ένα μικροσκόπιο υψηλής ανάλυσης. Πίστωση: Junxiang Zhao

«Η κύρια πρόκληση είναι να βρούμε μια τεχνολογία που έχει πολύ υψηλή ανάλυση και η οποία είναι επίσης ασφαλής ζωντανά κύτταραΟ Λιου είπε.

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

Η τεχνολογία αποτελείται από μια διαφάνεια μικροσκοπίου επικαλυμμένη με έναν τύπο ελαφρώς συρρικνούμενου υλικού που ονομάζεται υπερβολικό μεταϋλικό. Αποτελείται από εναλλασσόμενα στρώματα λεπτών νανομέτρων από ασήμι και γυαλί πυριτίας. Καθώς περνά το φως, τα μήκη κύματος του συντομεύονται και διαχέονται για να δημιουργήσουν μια σειρά από τυχαία διάστικτα μοτίβα υψηλής ανάλυσης. Όταν ένα δείγμα είναι τοποθετημένο στη διαφάνεια, φωτίζεται με διαφορετικούς τρόπους με αυτήν τη σειρά μοτίβων φωτός. Αυτό δημιουργεί μια σειρά εικόνων χαμηλής ανάλυσης, οι οποίες συλλαμβάνονται και στη συνέχεια ανακατασκευάζονται από έναν αλγόριθμο ανακατασκευής για να παράγουν ένα εικόνα υψηλής ανάλυσης.

Το ανασυρόμενο υλικό επιτρέπει στο συνηθισμένο μικροσκόπιο να βλέπει σε σούπερ ανάλυση

Σύγκριση εικόνων που λαμβάνονται με οπτικό μικροσκόπιο χωρίς το υπερβολικό μετα-υλικό (αριστερή στήλη) και με το υπερβολικό μετα-υλικό (δεξιά στήλη): δύο κοντινά φθορίζοντα σφαιρίδια (επάνω σειρά), κβαντικές κουκκίδες (μεσαία σειρά) και d νήματα ακτίνης σε κύτταρα Cos-7 (κάτω σειρά). Πίστωση: Επικοινωνία φύσης

Οι ερευνητές δοκίμασαν την τεχνολογία τους με ένα εμπορικό ανεστραμμένο μικροσκόπιο. Ήταν σε θέση να απεικονίσουν λεπτά στοιχεία, όπως νήματα ακτίνης, σε φθορίζοντα επισημασμένα κύτταρα Cos-7 – χαρακτηριστικά που δεν είναι σαφώς διακριτά χρησιμοποιώντας μόνο το ίδιο το μικροσκόπιο. Η τεχνολογία επέτρεψε επίσης στους ερευνητές να διακρίνουν ξεκάθαρα μικροσκοπικά φθορίζοντα σφαιρίδια και κβαντικές κουκίδες μεταξύ 40 και 80 νανομέτρων.

Η τεχνολογία υψηλής ανάλυσης έχει μεγάλες δυνατότητες για λειτουργία υψηλής ταχύτητας, ανέφεραν οι ερευνητές. Ο στόχος τους είναι να ενσωματώσουν υψηλή ταχύτητα, σούπερ ανάλυση και χαμηλή φωτοτοξικότητα σε ένα σύστημα απεικόνισης μεμονωμένων ζωντανών κυττάρων.

Το ανασυρόμενο υλικό επιτρέπει στο συνηθισμένο μικροσκόπιο να βλέπει σε σούπερ ανάλυση

Καλλιτεχνική απόδοση νέας τεχνολογίας μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης. Τα ζωικά κύτταρα (κόκκινα) είναι τοποθετημένα σε μια διαφάνεια επικαλυμμένη με το πολυβολικό μεταβολικό υλικό. Το δομημένο φως στη νανοκλίμακα (μπλε) δημιουργείται από το μετα-υλικό και στη συνέχεια φωτίζει τα ζωικά κύτταρα. Πίστωση: Yeon Ui Lee

Η ομάδα της Liu επεκτείνει τώρα την τεχνολογία για να κάνει απεικόνιση υψηλής ανάλυσης σε τρισδιάστατο χώρο. Αυτό το τρέχον άρθρο δείχνει ότι η τεχνολογία μπορεί να παράγει εικόνες υψηλής ανάλυσης σε ένα δισδιάστατο επίπεδο. Η ομάδα του Liu έχει ήδη κυκλοφορήσει ένα χαρτί δείχνοντας ότι αυτή η τεχνολογία είναι επίσης ικανή να απεικονίσει με ανάλυση (περίπου 2 νανόμετρα). Τώρα εργάζονται για να συνδυάσουν τα δύο μαζί.


Η νέα μονάδα μικροσκοπίας φύλλου φωτός παρέχει εκτεταμένο οπτικό πεδίο και μειωμένη φωτογράφηση


Περισσότερες πληροφορίες:
Yeon Ui Lee et al, νανοσκόπηση φωτισμού με μεταϋλικό μέσω τυχαίων στίγματα υπερ-ανάλυσης, Επικοινωνία φύσης (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-21835-8

Παραθέτω, αναφορά: Το ελαφρώς συρρικνούμενο υλικό επιτρέπει στο συνηθισμένο μικροσκόπιο να βλέπει σε σούπερ ανάλυση (1 Ιουνίου 2021) που ανακτήθηκε την 1η Ιουνίου 2021 από https://phys.org/news/2021-06-light-shrinking-material- Extra-microscope -super .html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από την ορθή χρήση για ιδιωτικούς σκοπούς μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για πληροφορίες.

READ  Ο άνθρακας σε πιέσεις 5 φορές περισσότερο από τον πυρήνα της Γης σπάζει το ρεκόρ σχηματισμού κρυστάλλων

Αφήστε μια απάντηση

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