Los investigadores han utilizado enfoques de imagen avanzados para lograr una microscopía de súper resolución a velocidades sin precedentes. El nuevo método debería permitir capturar los detalles de los procesos que ocurren en las células vivas a velocidades que antes no eran posibles.
Las técnicas de súper resolución, a menudo llamadas nanoscopia, logran una resolución a nanoescala superando el límite de difracción de la luz. Aunque la nanoscopia puede capturar imágenes de moléculas individuales dentro de las células, es difícil de usar con células vivas porque cientos o miles de marcos de imágenesson necesarios para reconstruir una imagen, un proceso demasiado lento para capturar dinámicas que cambian rápidamente.
adentro óptica , la revista de la Sociedad Óptica OSA para investigación de alto impacto, los investigadores de la Academia de Ciencias de China describen cómo utilizaron el enfoque de imagen no convencional conocido como imagen fantasma para mejorar la velocidad de imagen de la nanoscopia. La combinación produce una resolución nanométrica utilizando órdenes demagnitud menos marcos de imágenes que las técnicas de nanoscopia tradicionales.
"Nuestro método de imagen puede sondear dinámicas que ocurren en escalas de tiempo de milisegundos en estructuras subcelulares con resolución espacial de decenas de nanómetros: la resolución espacial y temporal en la que tienen lugar los procesos biológicos", dijo Zhongyang Wang, co-líder de laequipo de investigación.
Combinando técnicas para imágenes más rápidas
El nuevo enfoque se basa en la microscopía de reconstrucción óptica estocástica STORM, que fue una de las tres técnicas de superresolución reconocidas con premios Nobel en 2014. STORM, que a veces también se llama microscopía de localización fotoactivada PALM, es unLa técnica de campo amplio que utiliza etiquetas fluorescentes que cambian entre estados emisores de luz encendido y oscuros apagado. La adquisición de cientos o miles de instantáneas, cada una de las cuales captura el subconjunto de etiquetas fluorescentes que están encendidas en un momento dado, permite la ubicación decada molécula se determinará y se usará para reconstruir una imagen de fluorescencia.
Los investigadores recurrieron a la imagen fantasma para acelerar el proceso de imagen STORM. La imagen fantasma forma una imagen al correlacionar un patrón de luz que interactúa con el objeto con un patrón de referencia que no lo hace. Individualmente, los patrones de luz no tienen ningún significadoinformación sobre el objeto. Los investigadores también utilizaron imágenes compresivas, un enfoque computacional que permite la reconstrucción de imágenes con menos exposiciones porque utiliza un algoritmo para completar la información faltante.
"Si bien STORM requiere una baja densidad de etiquetas fluorescentes y muchos cuadros de imagen, nuestro enfoque puede crear una imagen de alta resolución usando muy pocos cuadros y una alta densidad de fluoróforos", dijo el co-líder del equipo de investigación Shensheng Han ".tampoco necesita ninguna iluminación compleja, lo que ayuda a reducir el blanqueo fotográfico y la fototoxicidad que podrían dañar los procesos biológicos dinámicos y las células vivas ".
Mejora de la eficiencia de imagen
Para implementar la nueva técnica, los investigadores utilizaron un componente óptico conocido como modulador de fase aleatorio para convertir la fluorescencia de la muestra en un patrón de moteado aleatorio. La codificación de la fluorescencia de esta manera permitió que cada píxel de una cámara CMOS muy rápida recogiera luzIntensidad del objeto completo en un solo cuadro. Para formar la imagen a través de imágenes fantasma e imágenes compresivas, esta intensidad de luz se correlacionó con un patrón de luz de referencia en un solo paso. El resultado fue una adquisición de imagen más eficiente y una reducción en el número demarcos necesarios para formar una imagen de alta resolución.
Los investigadores probaron la técnica usándola para obtener imágenes de un anillo de 60 nanómetros. El nuevo enfoque de nanoscopía podría resolver el anillo usando solo 10 cuadros de imagen, mientras que los enfoques STORM tradicionales necesitaban hasta 4000 cuadros para lograr el mismo resultado. El nuevo enfoque tambiénresolvió una regla de 40 nanómetros con 100 marcos de imagen.
"Esperamos que este método se pueda aplicar a una variedad de muestras fluorescentes, incluidas las que exhiben una fluorescencia más débil que las utilizadas en esta investigación", dijo Wang. Los investigadores también quieren que la técnica sea más rápida para lograr imágenes de video conun gran campo de visión y planea usarlo para adquirir imágenes en 3D y en color.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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