Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Superresolutiemicroscopie maakt gebruik van digitale weergavetechnologie

Open-source kerntechnologie ingebed in projectorhardware maakt snelle, auto-polarisatiegemoduleerde 3D-simulatie (SIM)-beeldvorming mogelijk. 3DSIM-reconstructie van plantaardige en dierlijke weefselmonsters:(a) celwanden in oleanderbladeren, (b) holle structuren in zwarte algenbladeren, (c) wortelpunten van maïskwastjes, en (d) actinefilamenten in nierweefsel van muizen; overeenkomstige beelden van maximale intensiteitsprojectie (MIP) worden respectievelijk in de onderste rij (e-h) weergegeven. Schaalbalk:2 μm. Credit:Geavanceerde fotonica-nexus (2023). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016001

In het steeds evoluerende domein van de microscopie zijn de afgelopen jaren opmerkelijke vooruitgang geboekt op het gebied van zowel hardware als algoritmen, waardoor ons vermogen om de oneindig kleine wonderen van het leven te onderzoeken, is toegenomen. De reis naar driedimensionale gestructureerde verlichtingsmicroscopie (3DSIM) wordt echter belemmerd door uitdagingen die voortkomen uit de snelheid en complexiteit van polarisatiemodulatie.



Maak kennis met het snelle modulatie-3DSIM-systeem "DMD-3DSIM", dat digitale weergave combineert met beeldvorming met superresolutie, waardoor wetenschappers cellulaire structuren in ongekend detail kunnen zien.

Zoals gerapporteerd in Advanced Photonics Nexus , ontwikkelde het team van professor Peng Xi aan de Universiteit van Peking deze innovatieve opstelling rond een digitaal microspiegelapparaat (DMD) en een elektro-optische modulator (EOM). Het pakt resolutie-uitdagingen aan door zowel de laterale (zij-naar-zij) als axiale (boven-naar-onder) resolutie aanzienlijk te verbeteren, voor een ruimtelijke 3D-resolutie die naar verluidt twee keer zo hoog is als die wordt bereikt door traditionele breedveldbeeldvormingstechnieken.

In praktische termen betekent dit dat DMD-3DSIM ingewikkelde details van subcellulaire structuren kan vastleggen, zoals het nucleaire poriëncomplex, microtubuli, actinefilamenten en mitochondriën in dierlijke cellen. De toepassing van het systeem werd uitgebreid om zeer verstrooiende ultrastructuren van plantencellen te bestuderen, zoals celwanden in oleanderbladeren en holle structuren in zwarte algenbladeren. Zelfs in een stukje nier van een muis onthulde het systeem een ​​uitgesproken polarisatie-effect in actinefilamenten.

De auteurs geven in deze video meer informatie over hun doorbraak. Credit:Geavanceerde fotonica-nexus (2023). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016001

Een open toegangspoort tot ontdekking

Wat DMD-3DSIM nog spannender maakt, is de toewijding aan open wetenschap. Het team van Xi heeft alle hardwarecomponenten en controlemechanismen openlijk beschikbaar gemaakt op GitHub, waardoor de samenwerking wordt bevorderd en de wetenschappelijke gemeenschap wordt aangemoedigd om op deze technologie voort te bouwen.

De DMD-3DSIM-techniek maakt niet alleen belangrijke biologische ontdekkingen mogelijk, maar legt ook de basis voor de volgende generatie 3DSIM. In toepassingen waarbij live cell imaging betrokken is, beloven ontwikkelingen op het gebied van helderdere en meer fotostabiele kleurstoffen, ruisonderdrukkingsalgoritmen en deep learning-modellen op basis van neurale netwerken de beeldduur, het ophalen van informatie en het real-time herstel van 3DSIM-beelden uit luidruchtige gegevens te verbeteren. Door hardware- en software-openheid te combineren hopen de onderzoekers de weg vrij te maken voor de toekomst van multidimensionale beeldvorming.

Meer informatie: Yaning Li et al., Snelle autopolarisatiesynchronisatiemodulatie, driedimensionale gestructureerde verlichtingsmicroscopie, Advanced Photonics Nexus (2023). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016001

Geleverd door SPIE