Преодоление пределов светового микроскопа по одному фотону за раз

Ученые из Университета штата Колорадо (CSU) расширяют возможности метода супер-разрешающей микроскопии, что открывает новые пути для визуализации, например, отдельных клеточных процессов в живой ткани с беспрецедентным разрешением.

Их работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, демонстрирует первую в мире супер-разрешающую визуализацию с одновременным использованием многофотонной флуоресценции и генерации второй гармоники.

Суть метода

  • Проблема: Разрешающая способность традиционного микроскопа ограничена дифракционным пределом.
  • Решение: Использована техника пространственно-частотной модулированной визуализации (SPIFI), разрабатываемая в лаборатории Бартелса около пяти лет.
  • Новизна: Созданный многофотонный SPIFI (MP-SPIFI) микроскоп позволяет одновременно собирать изображения с помощью двух контрастных механизмов, преодолевая ограничения обычного многофотонного микроскопа.

Как это работает

В отличие от обычной многофотонной микроскопии, где ультракороткие лазерные импульсы фокусируются в одну точку, MP-SPIFI одновременно освещает гораздо большую область несколькими фемтосекундными лазерными импульсами. Это создает интерференционную картину, на основе которой строится изображение.

Ключевые преимущества

  1. Мультиконтрастность: Возможность супер-разрешения с помощью генерации второй гармоники (когда два фотона уничтожаются для испускания одного фотона с удвоенной частотой) позволяет визуализировать немеченые структуры.
  2. Потенциал для in vivo: Техника может обеспечить супер-разрешенные изображения в сильно рассеивающих биологических тканях. В отличие от большинства методов, требующих фиксации клеток на предметных стеклах, новая методика CSU может работать in vivo.
  3. Демонстрация: Метод был успешно продемонстрирован на биологических образцах (клетки HeLa) и материалах (солнечные элементы из теллурида кадмия).

Значение

Как отмечает старший автор работы Рэнди Бартелс, эта технология позволяет преодолеть дифракционный предел канонического двухфотонного микроскопа под поверхностью биологического образца, например, живой ткани. Это открывает доступ к огромному массиву биологической информации с высоким разрешением и в нескольких контрастах одновременно.