Автор AZoNano 22 декабря 2020 г.

Микроскопия – важный инструмент во многих областях исследований и отраслях, таких как биология, медицина, материаловедение и контроль качества, и это лишь некоторые из них. Хотя существует множество методов микроскопии, у каждой есть свои плюсы и минусы, в основном с точки зрения пространственного разрешения, скорости (изображений в секунду) и применимости.

Например, сканирующая электронная микроскопия может получать изображения с нанометрическим разрешением, но она обеспечивает более низкую скорость и непрактична для некоторых образцов.

Другие более простые методы световой микроскопии, такие как флуоресцентная микроскопия, не подходят для визуализации живых клеток или других небольших структур, поскольку они, как правило, прозрачные и тонкие, что приводит к низкому поглощению света.

Ученые разработали метод, называемый синтетической апертурной микроскопией (SAM), который использует внутреннее свойство света, называемое фазой.

Это свойство относится к относительной задержке между двумя электромагнитными волнами. Когда световые волны проходят через целевой образец, их относительные фазы изменяются по-разному в зависимости от оптических свойств в каждой точке образца и угла падения света.

В SAM несколько фазовых изображений могут быть получены в быстрой последовательности с разными углами падения. Затем эти изображения обрабатываются и объединяются для получения более четкого изображения.

Хотя SAM, несомненно, является многообещающим подходом, текущим реализациям не хватает как пространственного разрешения, так и частоты кадров, чтобы быть полезными для новых приложений.

Для решения этих проблем группа исследователей под руководством Ренцзе Чжоу из Китайского университета Гонконга недавно разработала новый метод SAM. В своем исследовании, опубликованном в Advanced Photonics команда представляет инновационную установку для получения изображений SAM на основе цифровых микрозеркальных устройств (DMD).

DMD – это электронные компоненты, широко используемые в коммерческих цифровых проекторах. Они имеют матрицу микрозеркал, ориентацию которых можно индивидуально и с помощью электроники регулировать на высоких скоростях.

Используя два DMD и соответствующие линзы, исследователи разработали схему, в которой угол лазерного луча, достигающего образца, можно изменять тысячи раз в секунду. После того, как свет прошел через образец, он объединяется с частью исходного лазера для создания светового рисунка, известного как интерферограмма, который несет информацию о фазе.

Для создания окончательного фазового изображения несколько интерферограмм для разных углов падения объединяются с использованием специально разработанных алгоритмов.

Исследователи протестировали свой новый метод с использованием различных типов образцов, таких как нанометрические решетки, эритроциты и раковые клетки.

Результаты были очень многообещающими по всем направлениям, как отмечает Чжоу, «Используя наш подход, основанный на DMD, мы могли точно отображать материальные структуры с характеристиками всего 132 нм, количественно определять миллисекундные флуктуации мембран красной крови. клетки и наблюдать динамические изменения клеточной структуры в ответ на воздействие химикатов ». Этот метод также не содержит ярлыков, что означает, что можно наблюдать живые клетки, не нанося им вреда флуоресцентными химическими веществами.

Еще одним заметным преимуществом этого нового метода является устранение лазерных спеклов, типа нежелательной интерференции, возникающей при освещении образца лазером.

Использование нескольких интерферограмм для вычисления одного изображения сглаживает случайный вклад спеклов в каждую интерферограмму, делая окончательное составное изображение более четким. Кроме того, при необходимости можно увеличить частоту кадров изображения, используя меньшее количество интерферограмм, пока достигается желаемое качество изображения.

Чжоу считает, что их метод SAM может изменить правила игры в различных областях, где необходима микроскопия, «Мы предполагаем, что наша высокоскоростная технология получения изображений найдет применение в биологии и исследованиях материалов, таких как изучение движений и взаимодействий. живых клеток и мониторинг процессов производства материалов в режиме реального времени для контроля качества »

Он также отмечает, что есть возможности для улучшения скорости за счет использования еще более быстрых камер, и что основные принципы их подхода могут быть адаптированы с различными алгоритмами для построения системы трехмерного изображения.

Источник: https://spie.org/?SSO=1