Onderzoek van het laboratorium van Matthew Lew aan de Washington University in St. Louis biedt geheel nieuwe manieren om het allerkleinste te zien.

Het onderzoek - twee artikelen van Ph.D. studenten aan de McKelvey School of Engineering—werd gepubliceerd in de tijdschriften Optica en Nanoletters .

Ze hebben nieuwe hardware en algoritmen ontwikkeld waarmee ze de bouwstenen van de biologische wereld voorbij drie dimensies kunnen visualiseren op een manier die tot nu toe niet haalbaar was. Cellen zijn tenslotte 3D-objecten en zitten vol met "spul" - moleculen - die rondbewegen, roteren, draaien en tuimelen om het leven zelf aan te drijven.

Net als traditionele microscopen, is het werk van twee Ph.D. studenten in het Lew-lab, Tingting Wu en Oumeng Zhang, gebruiken licht om in de microscopische wereld te kijken, maar hun innovaties zijn allesbehalve traditioneel. Wanneer mensen momenteel licht gebruiken bij beeldvorming, zijn ze waarschijnlijk geïnteresseerd in hoe helder dat licht is of welke kleur het heeft. Maar licht heeft andere eigenschappen, waaronder polarisatie.

"Het werk van Oumeng verdraait de polarisatie van licht", zegt Lew, assistent-professor aan de Preston M. Green Department of Electrical &Systems Engineering. "Op deze manier kun je zien hoe dingen zich vertalen (in rechte lijnen bewegen) en tegelijkertijd roteren" - iets wat traditionele beeldvorming niet doet.

"De ontwikkeling van nieuwe technologie en het vermogen om dingen te zien die we voorheen niet konden zien, is opwindend", zei Zhang. Dit unieke vermogen om zowel rotatie als positie tegelijkertijd te volgen, geeft hem unieke inzichten in hoe biologische materialen, bijvoorbeeld menselijke cellen en pathogenen, op elkaar inwerken.

Wu's onderzoek biedt ook een nieuwe manier om celmembranen in beeld te brengen en, in zekere zin, om erin te kijken. Met behulp van fluorescerende tracermoleculen brengt ze in kaart hoe de tracers interageren met vet- en cholesterolmoleculen in het membraan en bepaalt ze hoe de lipiden zijn gerangschikt en georganiseerd.

"Elk celmembraan, elke kern, alles in de cel is een 3D-structuur," zei ze. "Dit helpt ons het volledige beeld van een biologisch systeem te onderzoeken. Dit stelt ons in staat, voor elk biologisch monster, verder te kijken dan drie dimensies - we zien de 3D-structuur plus drie dimensies van moleculaire oriëntatie, waardoor we 6D-beelden krijgen."

De onderzoekers ontwikkelden computationele beeldvormingstechnologie, die software en hardware samenvoegt, om met succes het voorheen onzichtbare te zien.

"Dat maakt deel uit van de innovatie," zei Lew. "Traditioneel zijn laboratoria voor biologische beeldvorming gebonden aan alle commerciële fabrikanten die ze maken. Maar als we de dingen anders ontwikkelen, kunnen we zoveel meer doen." + Verder verkennen

Vortex-microscoop ziet meer dan ooit tevoren