Инженеры-электрики из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали технологию, которая улучшает разрешение обычного светового микроскопа, так что его можно использовать для непосредственного наблюдения за более тонкими структурами и деталями в живых клетках.
Эта 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.
Работа, опубликованная в Nature Communications, преодолевает серьезное 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 этого расстояния, 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 визуализации живых клеток, потому что образцы необходимо помещать в вакуумную камеру. Но благодаря новому материалу, разрешение обычного микроскопа может приблизиться к 40 нанометрам.
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 создания 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 с помощью самого микроскопа. Технология также позволила исследователям четко различать крошечные флуоресцентные шарики и квантовые точки, расположенные 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. В настоящее время команда дорабатывает технологию для получения изображений с высоким разрешением в трехмерном пространстве.
