Wetenschappers hebben zeer gedetailleerde afbeeldingen gepubliceerd van in het laboratorium gekweekte neuronen met behulp van extreme ultraviolette straling die de analyse van neurodegeneratieve ziekten kunnen helpen.

De internationale studie, onder leiding van dr. Bill Brocklesby en professor Jeremy Frey van de Universiteit van Southampton, gebruikt coherent extreem ultraviolet (EUV) licht van een ultrasnelle laser om afbeeldingen van de monsters te maken door verstrooid licht te verzamelen, zonder dat je een lens nodig hebt.

De techniek produceerde buitengewone details in vergelijking met traditionele lichtmicroscoopbeelden, het verhogen van de mogelijkheid van potentiële toepassingen in de geneeskunde, met inbegrip van de studie van de ziekte van Alzheimer.

Onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Het team voerde het werk uit in Southampton en in de Artemis-faciliteit in het Rutherford Appleton Laboratory, Harwell. De kleinschalige demonstratie laat zien dat extra detail kan worden gesampled zonder grote, dure faciliteiten zoals synchrotrons en vrije elektronenlasers.

Dr. Bill Brocklesby, van het Zepler Instituut voor Fotonica en Nano-elektronica, zegt:"Het vermogen om gedetailleerde beelden te maken van delicate biologische structuren zoals neuronen zonder schade aan te richten, is erg opwindend, en om het in het lab te doen zonder gebruik te maken van synchrotrons of andere nationale faciliteiten is een echte innovatie.

"Onze manier van beeldvorming vult een belangrijke niche tussen beeldvorming met licht, die niet de fijne details biedt die we zien, en dingen als elektronenmicroscopie, die cryogene koeling en zorgvuldige monstervoorbereiding vereisen."

Het gezamenlijke onderzoek combineerde de expertise van Southampton met Dr. Richard Chapman en zijn team bij de Central Laser Facility, en onderzoekspartners uit Duitsland en Italië.

De EUV-beeldvormingstechniek verwerkt meerdere verstrooiingspatronen van een monster met behulp van een computeralgoritme. Het project vergeleek EUV-beelden van in het laboratorium gekweekte neuronen afkomstig van muizen met traditionele lichtmicroscoopbeelden, het onthullen van zijn veel fijnere details. In tegenstelling tot harde röntgenmicroscopie, er werd geen schade waargenomen aan de delicate neuronstructuur.

Professor Jeremy Frey, Hoofd Computational Systems Chemistry, zegt:"Het is een lange en aanhoudende inspanning geweest, maar zeer de moeite waard. In april 2003, we begonnen een reis met de toekenning van een Engineering and Physical Sciences Research Council Basic Technology-beurs voor nieuwe technologie voor röntgenbronnen op nanoschaal:op weg naar verstrooiing van enkelvoudige geïsoleerde moleculen.

"Zo'n 17 jaar later, bijna tot op de dag, onze krant in wetenschappelijke vooruitgang toont aan dat de inspanning het harde werk van ons interdisciplinaire team meer dan waard was, het verkrijgen van de eerste ultrahoge resolutiebeelden van een echt biologisch monster met behulp van coherente zachte röntgenmicroscopie (ptyografie). We kijken ernaar uit om onze microscoop toe te passen op vele biologische, chemische en materiële problemen.

"We blijven streven naar een nog hogere resolutie met het uiteindelijke doel van beeldvorming van enkelvoudige moleculen, een doel dat nu heel erg in zicht lijkt."

EUV-microscopie biedt veel voordelen ten opzichte van optische, harde röntgen- of elektronengebaseerde technieken, traditionele EUV-bronnen en optica vereisten echter tot nu toe een grote bijbehorende schaal en kosten.

Deze nieuwe benadering is gericht op niet-lineaire optische technieken en, vooral, van hoge harmonische generatie (HHG) met behulp van intense femtoseconde lasers. Naar aanleiding van deze resultaten, het Artemis-team in Oxford werkt eraan om in de toekomst regelmatig toegang te kunnen bieden tot deze techniek.

De combinatie van tomografische beeldvormingstechnieken met deze nieuwste ontwikkelingen in lasertechnologieën en coherente EUV-bronnen heeft ook het potentieel voor biologische beeldvorming met hoge resolutie in 3D.