Išsamiau žiūrėkite „Live Cells“, naudodamiesi naujomis mikroskopų technikomis, viduje

Tokijo universiteto mokslininkai rado būdą padidinti esamų kiekybinių fazių vaizdavimo jautrumą, kad visos gyvų ląstelių viduje esančios struktūros būtų matomos vienu metu, nuo mažų dalelių iki didelių struktūrų. Šis meninis technikos pavaizdavimas parodo, kaip nubrėžti šviesos impulsai (žalia, į viršų) praeina per ląstelę (centrą) և iš (iš apačios), kur galima analizuoti šviesos bangų pokyčius changes paverčiant išsamesniu vaizdu. Paskola: s-graphics.co.jp, CC BY-NC-ND

Kiekybinis nuoseklus vaizdo atnaujinimas gali padidinti vaizdo ryškumą, praplečiant dinaminį diapazoną.

Optikos fizikai sukūrė naują būdą atidžiau pažvelgti į gyvų ląstelių vidų, naudodami esamą mikroskopo technologiją, nepridedant dėmių ar fluorescuojančių dažiklių.

Kadangi atskiros ląstelės yra beveik permatomos, mikroskopo kameros turi aptikti itin subtilius pro kamerą praeinančios šviesos skirtumus. Šie skirtumai yra žinomi kaip šviesos fazė. Kameros vaizdo jutiklius riboja šviesos aptikimo fazių skirtumas, vadinamas dinaminiu diapazonu.

„Norėdami pamatyti daugiau informacijos per tą patį vaizdo jutiklį, turime išplėsti dinaminį diapazoną, kad aptiktume mažas šviesos fazes“, – sakė Tokijo universiteto Fotonų mokslo ir technologijos instituto docentas Takuro Idegucci.

Tyrėjų grupė sukūrė dviejų efektų taikymo metodiką: atskirai matavo didelius, mažus šviesos fazės pokyčius, o paskui juos sklandžiai sujungė, sukurdamas labai išsamų galutinį vaizdą. Jie pavadino savo metodą „Adaptive Dynamic Stage Quantitative Imaging“ (ADRIFT-QPI) ir neseniai paskelbė jų rezultatus. Šviesa. Mokslas և Programos,

Dinaminis domeno išplėtimas naudojant ADRIFT QPI

Silicio granulių vaizdai, padaryti naudojant standartinį kiekybinį fazių vaizdą (viršuje և). Aiškesnis vaizdas, pagamintas iš naujo ADRIFT-QPI mikroskopo, kurį sukūrė Tokijo universiteto tyrimų grupė (žemiau). Kairėje esantys vaizdai yra optinės fazės vaizdai, o dešinėje – optinės fazės pokytis, kurį silicio granulės sugeria pagrindinę infraraudonąją (molekulėms specifinę) šviesą. Per šį koncepcijos įrodymo demonstravimą mokslininkai apskaičiavo, kad per ADRIFT-QPI jie pasiekė maždaug 7 kartus didesnį jautrumą nei įprastas QPI. Paskola. „Toda“ ir kitų atvaizdas, CC-BY 4.0

„Mūsų ADRIFT-QPI metodui nereikia specialių lazerių, specialių mikroskopų ar vaizdo jutiklių. „Mes galime naudoti gyvas ląsteles, mums nereikia jokių dėmių ar fluorescencinių spindulių, fototoksiškumo tikimybė yra labai maža“, – sakė Idegucci.

Fototoksiškumas reiškia ląstelių sunaikinimą šviesa, o tai gali būti problema naudojant kai kuriuos kitus vaizdavimo metodus, pavyzdžiui, fluorescencinį vaizdą.

Kiekybinis fazių vaizdavimas siunčia plokščio šviesos lakšto impulsą į ląstelę ir tada matuoja šviesos bangų fazinį poslinkį, kai jos praeina per ląstelę. Kompiuterinė analizė atkuria pagrindinių ląstelės viduje esančių struktūrų vaizdą. Idegucci և ir jo kolegos anksčiau pasiūlė kitus kiekybinės fazės mikroskopo padidinimo metodus.

Kiekybinis fazių vaizdavimas yra galinga priemonė atskiroms ląstelėms tirti, nes tai leidžia tyrėjams atlikti išsamius matavimus, pavyzdžiui, stebėti ląstelių augimo greitį, atsižvelgiant į šviesos bangų judėjimą. Tačiau kiekybinis technikos aspektas yra mažas jautrumas, nes vaizdo jutiklis turi mažą sodrumo galią, todėl neįmanoma sekti nanodalelių ląstelėse ir aplink jas taikant įprastą metodą.

ADRIFT QPI Live COS7 langelis:

Tokijo universiteto tyrimų grupės sukurtas standartinis vaizdas (viršuje և), padarytas naudojant standartinį kiekybinį fazių vaizdą և paprastesnį vaizdą (apačią և), sukurtą naudojant naują ADRIFT-QPI mikroskopą. Kairėje esantys vaizdai yra optinės fazės vaizdai, o dešinėje rodomi vaizdai rodo, kad optinę fazę keičia vidutinės infraraudonosios (molekulinės specifinės) šviesos absorbcija, daugiausia baltymų. Mėlyna rodyklė rodo branduolio kraštą, balta rodyklė – į branduolius (branduolio viduje esančią infrastruktūrą), o žalia rodyklė – į kitas dideles daleles. Paskola. „Toda“ ir kitų atvaizdas, CC-BY 4.0

Naujasis ADRIFT-QPI metodas įveikė kiekybinių fazių vaizdų dinaminio diapazono ribotumą. ADRIFT-QPI metu fotoaparatas užima dvi ekspozicijas, kad gautų galutinį vaizdą, kuris yra septynis kartus jautresnis nei tradiciniai kvantinės fazės mikroskopo vaizdai.

Pirmasis efektas gaunamas įprastu kiekybiniu fazių vaizdavimu. Plotas šviesos lakštas patenka į mėginį, passing šviesos fazės matuojamos praeinant pro mėginį. Kompiuterinių vaizdų analizės programinė įranga sukuria pavyzdinį vaizdą, pagrįstą pirmuoju efektu, tada greitai sukuria skulptūros šviesos bangos priekį, atspindintį pavyzdinį vaizdą. Tada atskiras komponentas, vadinamas bangos forma, sukuria šią “šviesos skulptūrą” su didesniu šviesos intensyvumu, kad būtų stipresnis apšvietimas, antrasis yra paveiktas antrojo modelio efekto.

Jei pirmasis efektas sukurtų visiškai reprezentatyvų pavyzdžio vaizdą, antrojo efekto nulemtos šviesos bangos į mėginį patektų skirtingais etapais, pereitų per mėginį ir tada išeitų kaip plokščias šviesos lapas, sukurdamas kamerą, kad pamatytų tik tamsų vaizdą.

“Tai įdomu. Mes tarsi ištriname pavyzdinį vaizdą. Mes norime beveik nieko nematyti. Mes atšaukiame dideles konstrukcijas, kad galėtume išsamiau pamatyti mažąsias “, – paaiškino Idegucci.

Tiesą sakant, pirmasis poveikis yra netobulas, todėl išraižytos šviesos bangos išeina su subtiliais fazių nuokrypiais.

Antrasis efektas nustato mažos šviesos fazių skirtumus, kurie buvo „išplauti“ dėl didesnių pirmojo efekto skirtumų. Šį likusios mažos šviesos fazių skirtumą galima išmatuoti padidinus jautrumą dėl stipresnio apšvietimo, naudojamo antrojo ekspozicijos metu.

Papildoma kompiuterinė analizė rekonstruoja galutinio pavyzdžio vaizdą su dviejų matavimų rezultatų dinaminiu diapazonu. Remdamiesi konceptualiais įrodymais, mokslininkai mano, kad ADRIFT-QPI sukuria septynis kartus jautresnius vaizdus nei įprastas kiekybinis fazių vaizdas.

Ideguchi sako, kad tikroji ADRIFT-QPI nauda yra galimybė matyti mažas daleles mažos gyvos ląstelės kontekste, nereikia jokių etikečių ar dėmių.

„Pavyzdžiui, galima aptikti mažus nanodalelių signalus, tokius kaip virusai ar ląstelės, judančios ląstelės viduje ir išorėje, o tai leidžia jiems vienu metu stebėti savo elgesį և ląstelės būseną“, – sakė Idegucci.

Nuoroda. „Kiekybinis ADRIFT dinaminio diapazono valdymo žingsnis po žingsnio supratimas“ K. Todai, M. Tamamitsu և T. Idegucci, 2020 m. Gruodžio 31 d Šviesa. Mokslas և Programos,
DOI: 10.1038 / s41377-020-00435-z:

Finansavimas. Japonijos „Aponia“ mokslo ir technologijų agentūra, Japonijos mokslo pažangos draugija.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Išradingi vandenyno mikrobai puikiai renka maistą, kai jo trūksta

Coscinodiscus wailesii diatoma su pritvirtinta Pseudovorticella coscinodisci ciliarine epibionte. Brūkšninės linijos gaunamos iš srautų, kuriuos generuoja silikatiniai epibionai. Šaltinio vaizdo įrašas buvo...

Žindymas – net kelias dienas – susijęs su mažesniu vaikystės kraujospūdžiu

Net keletą dienų žindomų kūdikių kraujospūdis 3 metų amžiaus yra žemesnis nei vaikų, kurie niekada nemaitino krūtimi. Žindomų naujagimių kraujospūdis yra žemas, neatsižvelgiant į jų...

Dirbtinio intelekto naudojimas norint rasti senėjimo cheminius junginius

Iki Surėjaus universitetas 2021 m. Liepos 24 d Surrey universitetas sukūrė dirbtinio intelekto (AI) modelį, kuris identifikuoja sveiką senėjimą skatinančius cheminius junginius, atverdamas kelią farmacijos naujovėms,...

NASA apdovanojo „SpaceX“ sutartį su „Europa Clipper“ misijos įkūrimu

Jis yra NASA 2021 m. Liepos 24 d Šis vaizdas, patikslintas 2020 m. Gruodžio mėn., Rodo NASA erdvėlaivį „Europa Clipper“. Vidaus vandenynams padvigubėjus žemės vandenynų...

Surasti povandeninį kalną šalia Kalėdų salos kaip Saurono akis

Autoriai: Philas Vandenbossche'as ir Nelsonas Kuna / CSIRO Kaip ir „Žiedų valdovo“ trilogijos Saurono akis, povandeninį vulkaną tyliai atskleidė kelių spindulių sonaras, esantis 3100 metrų...

Newsletter

Subscribe to stay updated.