Технология превращает обычный световой микроскоп в так называемый микроскоп сверхвысокого разрешения. В нем используется специально разработанный материал, который укорачивает длину волны света при освещении образца – именно этот сжатый свет позволяет микроскопу получать изображения с более высоким разрешением.
«Этот материал преобразует свет с низким разрешением в свет с высоким разрешением, – сказал Чжаовей Лю, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего. "Это очень просто и удобно. Просто поместите образец на материал, а затем поместите все под обычный микроскоп – никаких сложных модификаций не требуется."
Работа, опубликованная в Nature Communications, преодолевает большое ограничение обычных световых микроскопов: низкое разрешение. Световые микроскопы полезны для визуализации живых клеток, но их нельзя использовать, чтобы увидеть что-то меньшее.
Обычные световые микроскопы имеют предел разрешения 200 нанометров, что означает, что любые объекты, расположенные ближе, чем это расстояние, не будут наблюдаться как отдельные объекты. И хотя существуют более мощные инструменты, такие как электронные микроскопы, которые позволяют видеть субклеточные структуры, их нельзя использовать для изображения живых клеток, потому что образцы необходимо помещать в вакуумную камеру.
«Основная задача – найти одну технологию с очень высоким разрешением, безопасную для живых клеток», – сказал Лю.
Технология, разработанная командой Лю, сочетает в себе обе функции.
С его помощью обычный световой микроскоп можно использовать для получения изображений живых субклеточных структур с разрешением до 40 нанометров.
Технология состоит из предметного стекла микроскопа, покрытого светоусадочным материалом, называемым гиперболическим метаматериалом.
Он состоит из чередующихся слоев серебра и кварцевого стекла толщиной в несколько нанометров. По мере прохождения света его длины волн укорачиваются и рассеиваются, образуя серию случайных пятнистых узоров с высоким разрешением.
Когда образец помещается на предметное стекло, он по-разному освещается этой серией пятнистых световых узоров. Это создает серию изображений с низким разрешением, которые все захватываются, а затем собираются вместе с помощью алгоритма реконструкции для получения изображения с высоким разрешением.
Исследователи протестировали свою технологию с помощью коммерческого инвертированного микроскопа. Они смогли отобразить мелкие детали, такие как актиновые филаменты, в флуоресцентно меченных клетках Cos-7 – особенности, которые нельзя четко различить, используя только сам микроскоп.
Технология также позволила исследователям четко различать крошечные флуоресцентные шарики и квантовые точки, которые были расположены на расстоянии от 40 до 80 нанометров друг от друга.
По словам исследователей, технология сверхвысокого разрешения имеет большой потенциал для высокоскоростной работы.
Их цель – объединить высокую скорость, сверхвысокое разрешение и низкую фототоксичность в одной системе для визуализации живых клеток.
Команда Лю теперь расширяет технологию для получения изображений с высоким разрешением в трехмерном пространстве. В данной статье показано, что с помощью этой технологии можно получать изображения с высоким разрешением в двухмерной плоскости.
Команда Лю ранее опубликовала статью, показывающую, что эта технология также способна получать изображения со сверхвысоким осевым разрешением (около 2 нанометров). Сейчас они работают над их объединением.