_ Iluminatoare mai mici, mai dense, mai bune pentru microscopia computațională

Căutând să extindă posibilitățile oferite de iluminarea programabilă, un grup de cercetători de la Universitatea din Connecticut a dezvoltat o strategie pentru construirea și calibrarea iluminatoarelor cu formă liberă care oferă o mai mare flexibilitate pentru microscopia computațională. Metoda lor de calibrare folosește un senzor acoperit cu sânge pentru reconstrucția pozițiilor surselor de lumină.

Ei au demonstrat utilizarea unor iluminatoare calibrate cu formă liberă pentru microscopia pticografică Fourier, imagistica tomografică 3D și pe cip. microscopie și a folosit un iluminator calibrat cu formă liberă într-un experiment pentru a urmări creșterea bacteriilor.

Cercetarea grupului a fost publicată pe 20 februarie în Intelligent Computing.

Noile posibilități de configurare experimentală folosind iluminarea cu formă liberă permit nu numai mai multă flexibilitate, ci și o eficiență mai mare: „Cu această platformă, putem începe să tranzităm experimentele bazate pe vase Petri de la un proces tradițional care necesită multă muncă la un proces automatizat și simplificat”, se arată în lucrarea de cercetare.

Sursele de lumină programabile simplifică munca de iluminare a probelor în diferite tipuri de contexte de microscopie, dar matricele programabile convenționale constau dintr-o grilă plată, fixă, de lumini individuale. O matrice formată din lumini care pot fi plasate oriunde în trei dimensiuni oferă experimentatorilor posibilitatea de a reduce dimensiunea iluminatorului, de a plasa luminile mai aproape de eșantion și de a crește densitatea luminilor și de a regla unghiul de iluminare în funcție de cerințele lor specifice.

Iluminarea în formă liberă poate fi îmbunătățită în viitor cu metode de calibrare mai bune, aranjamente de iluminare mai dense, lumini cu o mai mare diversitate de lungimi de undă și estimări de poziție ajustate.

Autorii a proiectat și construit patru iluminatoare diferite cu formă liberă: o suprafață plană înclinată, o piramidă triunghiulară, o cupolă și o bandă Mobius. Iluminatorul piramidal a avut mai multe avantaje. Era înclinat spre eșantion, avea cel mai mare număr de lumini în punctul cel mai îndepărtat de eșantion și putea fi plasat foarte aproape de eșantion pentru a furniza lumină eficient.

Autorii au calibrat iluminatoarele folosind un senzor acoperit cu sânge. Acoperirea senzorului cu un strat subțire, dar dens de particule, a permis autorilor să calculeze poziția fiecărui element de iluminat folosind trasarea razelor. Avantajul folosirii sângelui uman de la o înțepătură de deget este că nu sunt necesare instrumente sofisticate sau costisitoare. Cu toate acestea, în locul său pot fi folosite și alte substanțe cu proprietăți similare. Autorii și-au verificat metoda de calibrare, constatând că pozițiile recuperate se potriveau cu pozițiile reale cu doar mici abateri.

Autorii au demonstrat utilizarea iluminatoarelor lor libere în mai multe experimente. Toate cele patru iluminatoare au fost utilizate cu succes pentru microscopia pticografică Fourier, o tehnică de microscopie computațională care combină diferite imagini produse cu iluminare în unghiuri diferite.

Iluminatorul piramidal a fost folosit pentru a captura imagini separate iluminate cu lumină roșie, verde și albastră. care au fost combinate pentru a face o imagine plină de culoare. A fost folosit și pentru tomografia 3D, o tehnică care construiește o imagine 3D prin stivuirea imaginilor în secțiune transversală ale unui eșantion 3D.

Iluminatorul piramidal a fost folosit pentru microscopia pe cip, o configurație în care se află proba. direct pe senzor, la fel ca frotiul de sânge din etapa de calibrare. Combinarea imaginilor produse cu lumini separate în iluminatorul cu formă liberă are ca rezultat o imagine finală cu rezoluție mai mare decât oricare dintre imaginile brute, motiv pentru care această tehnică se numește microscopie de super-rezoluție. Un experiment a produs o imagine statică a celulelor sanguine, iar altul a produs o serie de time-lapse a creșterii unei colonii de bacterii E. Coli pe un bloc de agar.

Guoan Zheng a conceput ideea și a conceput experimentele. Pengming Song și Tianbo Wang au condus experimentele. Co-autorii lor pentru această lucrare sunt Shaowei Jiang, Chengfei Guo, Ruihai Wang, Liming Yang și You Zhou.

(Fluierul)