Kontraintuitīva defokusēšanas tehnika rada 3-D mikroskopa attēlus

Viens no lielākajiem izgudrojumiem vēsturē bija mikroskopa izstrāde. Spēja saskatīt milzīgo dzīves un modeļu daudzveidību tik niecīgā mērogā mainīja mūsu izpratni par pasauli un mūsu attiecības ar to.

Kopš tā laika mikroskopisti ir ievērojami uzlabojuši savus instrumentus, lai tie ierakstītu ne tikai ar redzamo gaismu, bet arī ar citiem viļņu garumiem un pat ar citiem ierakstīšanas līdzekļiem, piemēram, elektroniem un neitroniem utt.

Tomēr viens no grūtākajiem izaicinājumiem ir mazu objektu trīsdimensiju struktūras noteikšana. Piemēram, veselām sarkanajām asins šūnām ir slavena virtuļa formas struktūra, un izmaiņas šajā struktūrā ir svarīgs dažādu slimību un stāvokļu rādītājs.

Šīs formas ir vienkārši pamanāmas, taču ir sarežģīti noteikt visu to 3-D struktūru ar dažu simtu nanometru izšķirtspēju; ne tikai tāpēc, ka sarkanās asins šūnas lielākoties ir caurspīdīgas un grūti pamanāmas ar parasto spilgta lauka mikroskopiju.

Šodien Paula Roma un draugi Minas Žeraisas federālajā universitātē Brazīlijā atklāj jaunu un salīdzinoši vienkāršu paņēmienu, lai noteiktu visu sarkano asins šūnu trīsdimensiju struktūru, pamatojoties uz pretintuitīvu defokusēšanas paņēmienu.

Biologi jau sen ir atzinuši spilgtā lauka mikroskopijas ierobežojumus ar bioloģiskiem paraugiem, jo ​​daudzi ir lielā mērā caurspīdīgi. (Spilgtā lauka mikroskopija ir parasta mikroskopa tehnika, ar kuru lielākā daļa cilvēku saskaras vidusskolā.)

Gaisma spīd uz parauga vai caur to, atklājot visu, kas spēcīgi absorbē vai izkliedē gaismu.

Problēma ir tā, ka viss, kas ir caurspīdīgs, ir vairāk vai mazāk neredzams, jo gaisma iet caur to tieši. Un diemžēl daudzi bioloģiskie paraugi ietilpst šajā kategorijā, tostarp sarkanās asins šūnas, kas lielākoties ir caurspīdīgas.

Viens veids, kā to izdarīt, ir nedaudz defokusēt attēlu. Tā kā sarkanajām asins šūnām ir refrakcijas indekss, tās saliek gaismu, kas iet caur to. Šī liece ievieš gaismas fāzes izmaiņas.

Šī fāzes maiņa atvieglo šīs gaismas atdalīšanu no gaismas, kas nav izgājusi cauri šūnai. Un, to darot, sarkanās asins šūnas kļūst tumšākas un vieglāk pamanāmas.

Tas ļauj detalizētāk analizēt šūnas. Mērot šī procesa radītās intensitātes izmaiņas, ir iespējams noteikt fāzes izmaiņas ģenerējošās virsmas formu. Tādējādi tiek iegūts šūnas augšējās virsmas trīsdimensiju attēls.

Tagad Roma un kolēģi saka, ka ir iespējams iet tālāk. Tie parāda, ka, uzņemot divus šūnas attēlus, kuri abi ir defokusēti dažādos daudzumos, ir iespējams izstrādāt arī šūnas apakšējās virsmas formu. Citiem vārdiem sakot, šis dīvainais defokusētais stereo attēls sniedz visas šūnas 3-D formu.

Rezultāti ir iespaidīgi. Šī metode darbojas ar parasto balto gaismu, lai gan tā ir jāfiltrē, lai noņemtu sarkano viļņu garumu, ko sarkanās asins šūnas var absorbēt.

Lai iegūtu divus vienas un tās pašas šūnas attēlus, Roma un viņa kolēģi izmanto staru sadalītāju, lai nosūtītu gaismu uz divām kamerām, kuras abas ir defokusētas dažādos daudzumos. Pēc tam rezultātus var apstrādāt, izmantojot vienkāršu algoritmu, lai izveidotu šūnu 3D attēlus

Lai pārbaudītu šo ideju, romi un kolēģi ievietoja sarkanās asins šūnas dažādās sāls šķīdumu koncentrācijās, lai tās uzbriest. Viņi ierakstīja 25 šūnu attēlus un apstrādāja rezultātus, kas parādīti iepriekš.

Viņi saka, ka attēlu izšķirtspēja ir 300 nanometru robežās, kas ir ievērojami labāka, nekā tas ir iespējams ar līdzīgām metodēm. Jo īpaši tie parāda, kā šūnas pielīp pie virsmas, pie kuras tās ir piestiprinātas.

Uzstādīšana ir arī salīdzinoši vienkārša. Viņi saka, ka šo paņēmienu varētu viegli izmantot nespeciālisti.

Tas ir interesants rezultāts, kas parāda, cik aizraujoši zemu izmaksu sasniegumi joprojām var sasniegt mikroskopiju.

Atsauce: http://arxiv.org/abs/1404.2968 : fāzes objektu kopējā 3D attēlveidošana, izmantojot defokusēšanas mikroskopiju: pielietojums o sarkanās asins šūnas

paslēpties