Een optisch apparaat dat lijkt op een geminiaturiseerde vuurtorenlens kan het gemakkelijker maken om in petrischalen te kijken en details van biologische processen op moleculair niveau te observeren. inclusief de groei van kankercellen. Ontwikkeld door KAUST, de nieuwe lens is ook zeer kosteneffectief.

Veel bioimaging-technieken vereisen dat fluorescerende kleurstoffen worden toegevoegd aan specifieke celdoelen. Maar een recent ontwikkelde methode die bekend staat als gestimuleerde ramanverstrooiing (SRS)-microscopie, kan omslachtige labelstappen vermijden door laserpulsen te gebruiken om moleculaire vibratiesignalen van biologische monsters te verzamelen. Het vermogen van SRS-microscopen om hoge resolutie, niet-invasieve beelden met real-time snelheden hebben onderzoekers ertoe aangezet ze ook in te zetten voor in vivo diagnostische onderzoeken naar ziekten.

Een nadeel van SRS-microscopen, echter, is dat het detectiesysteem wordt beïnvloed door een achtergrondsignaal, bekend als cross-phase modulatie, die wordt gegenereerd door de intense interacties tussen laserpulsen en de monsters.

"Dit achtergrondsignaal is alomtegenwoordig en vermindert het contrast tijdens microscopische observatie van complexe monsters, zoals levende cellen, " legt Carlo Liberale van KAUST uit. "Het maakt het ook moeilijk om doelmoleculen te identificeren."

Om de effecten van cross-phase modulatie te vermijden, de meeste SRS-microscopen moeten omvangrijke glazen objectieven gebruiken die grote lichthoeken kunnen opvangen. Echter, dit soort lenzen passen bijna niet in de incubators op het podium die worden gebruikt om levende cellen te kweken voor bio-imaging.

Andrea Bertoncini, een onderzoeker in de groep van Liberale, baanbrekend werk om een ​​ultradunne SRS-lens te maken met behulp van lasergebaseerd driedimensionaal (3D) printen. Gebaseerd op het slanke ontwerp van vuurtorenlenzen, het KAUST-team drukte minuscule lensachtige en spiegelachtige kenmerken in een transparant polymeer van slechts een fractie van een millimeter dik.

"Dit type lensontwerp is een zeer efficiënte manier om licht afkomstig van groothoekbronnen te verzamelen en om te leiden naar onze laserdetector, " zegt Bertoncini. "En omdat het zo dun is, het past gemakkelijk in de gesloten kamers van een incubator."

Nadat kalibratieproeven hadden bevestigd dat hun nieuwe lens de cross-phase modulatie-achtergrond kon verwerpen, de onderzoekers richtten hun blik op menselijke kankercellen die in een conventionele petrischaal waren gekweekt. Deze experimenten onthulden dat de lens de interne componenten van de cel kon afbeelden met een resolutie die vergelijkbaar is met die van conventionele SRS-microscopen. maar in een veel handiger en goedkoper formaat.

"De objectieven die we normaal gebruiken om SRS-microscoopsignalen te verzamelen, kosten een paar duizend dollar, " zegt Bertoncini. "Nu hebben we een lens met vergelijkbare voordelen die we kunnen produceren voor minder dan een tiende van die prijs."