Microscopie dincolo de limita rezoluției

Echipa polono-israeliană condusă de Dr. Radek Łapkiewicz de la Facultatea de Fizică a Universității din Varșovia a prezentat o nouă metodă revoluționară de microscopie care teoretic nu are limită de rezoluție în revista „Optica”.

Cercetarea a fost anunțată de Fundația pentru Știința Poloneză (FNP) într-o comunicare către PAP. Dr. Łapkiewicz este un destinatar al programului FIRST TEAM.

Dezvoltarea științelor vieții și a medicinei necesită observarea obiectelor din ce în ce mai mici - de exemplu structura și interacțiunea proteinelor din celule. Probele observate nu trebuie să difere de structurile care apar în mod natural în organism - prin urmare, metodele și reactivii nu trebuie folosiți prea agresiv.
Microscopul optic clasic are o rezoluție insuficientă. Datorită lungimii de undă a luminii, un astfel de microscop nu permite imagistica structurilor mai mici de aproximativ 250 nanometri (jumătate din lungimea de undă a luminii verzi). Obiectele care sunt mai apropiate nu mai pot fi distinse. Aceasta este așa-numita limitare a difracției.
Microscopul electronic are o rezoluție cu câteva ordine de mărime mai mare decât un microscop cu lumină, dar ne permite să observăm numai obiecte moarte care sunt plasate în vid și bombardate cu un fascicul de electroni. Nu este vorba despre studierea organismelor vii sau a proceselor care apar în mod natural în ele.

Sursa imaginii: Optica Vol. 7, Ediția 10, pp. 1308-1316 (2020) •https://doi.org/10.1364/OPTICA.399600

Soluția este un microscop cu fluorescență de înaltă rezoluție (cercetarea în dezvoltarea acestei zone a imaginii a câștigat Premiul Nobel în 2008 și 2014). După cum amintim în comunicare, există deja mai multe tehnici de microscopie cu fluorescență. Metodele PALM, STORM sau STED se caracterizează printr-o rezoluție înaltă și permit diferențierea obiectelor aflate la doar o duzină de nanometri. Cu toate acestea, este necesar un timp îndelungat de expunere și o pregătire complicată a preparatelor biologice. Microscopia SIM sau ISM, pe de altă parte, sunt metode ușor de utilizat, dar cu rezoluție semnificativ limitată - permit să se vadă structuri care sunt doar de două ori mai mici decât limita de difracție. Dr. Radek Łapkiewicz de la Laboratorul de Optică Cuantică de la Facultatea de Fizică a Universității din Varșovia și Aleksandra Środa și Adrian Makowski - studenți de la Universitatea de Științe ale Vieții din Varșovia - împreună cu echipa lui Dan Oron de la Institutul Weizmann din Israel au îmbunătățit metoda ISM existentă și a introdus o nouă tehnologie, microscopia de scanare a imaginii cu fluctuație optică cu rezoluție superioară (SOFISM). Au reușit să arate că limita de difracție a fost depășită de patru ori, a raportat FNP.

"SOFISM oferă un compromis între ușurința de utilizare și rezoluție. Credem că metoda noastră poate umple nișa dintre tehnici complexe, dificil de utilizat, de înaltă rezoluție și metode de rezoluție mică, dar ușor de utilizat. SOFISM nu are limita teoretică a rezoluției, dar în lucrarea noastră am prezentat rezultate în care am depășit limita de difracție de patru ori. În articol am arătat, de asemenea, că metoda SOFISM are un potențial ridicat pentru imagistica structurilor biologice tridimensionale ", spune dr. . Radek Łapkiewicz, care este citat în comunicare.

Metoda dezvoltată de fizicienii din Varșovia este din punct de vedere tehnic foarte accesibilă. Este suficient - după cum citim în comunicat - să modificați ușor microscopul confocal utilizat în mod obișnuit în laboratoare (înlocuirea fotomultiplicatorului cu un detector SPAD), să prelungiți ușor timpul de măsurare și să modificați procedura de manipulare a datelor.

"Până de curând, detectoarele de matrice SPAD erau scumpe și inadecvate pentru aplicații precum a noastră. Această situație s-a schimbat recent. Detectoare noi SPAD sunt disponibile începând de anul trecut, care încorporează atât tehnologia, cât și barierele de preț au fost eliminate. Prin urmare, credem că fluorescența microscopică tehnici precum SOFISM pot deveni tehnici obișnuite pentru examinări microscopice în câțiva ani ". - subliniază Dr. Łapkiewicz.

Publicația este aici pentru a găsi.