Grazie all'avvento dei microscopi a super risoluzione circa 30 anni fa, gli scienziati possono osservare le strutture subcellulari, proteine ​​e tessuti viventi con una precisione senza precedenti. Questi microscopi funzionano misurando la luce fluorescente che alcuni composti emettono naturalmente o la luce emessa dai fluorofori artificiali, e sfruttando varie proprietà quantistiche del fluoroforo, può fornire una risoluzione inferiore a quella imposta dal limite di diffrazione. Un problema è che la qualità dell'immagine varia considerevolmente con il particolare strumento utilizzato e le sue impostazioni, come la potenza del laser e il modo in cui i singoli componenti sono allineati, nonché con le proprietà del campione studiato.

Un team di scienziati del Laboratorio di biologia su nanoscala dell'EPFL, diretto da Aleksandra Radenovic presso la Facoltà di Ingegneria, ha sviluppato un algoritmo in grado di stimare la risoluzione di un microscopio in pochi secondi sulla base di una singola immagine. Il risultato dell'algoritmo indica quanto da vicino un microscopio sta operando al suo pieno potenziale. Ciò potrebbe essere particolarmente utile per i microscopi automatizzati che hanno iniziato a comparire nei laboratori di ricerca. I risultati del team sono stati appena pubblicati in Metodi della natura .

Una sola immagine

Gli scienziati hanno usato la trasformata di Fourier come base per il loro algoritmo, ma lo hanno modificato in modo da estrarre quante più informazioni possibili da una singola immagine.

L'algoritmo esegue il calcolo in pochi secondi e genera un unico numero. "I ricercatori possono confrontare questo numero con la massima risoluzione possibile del microscopio per vedere se lo strumento può funzionare ancora meglio o modificare le condizioni sperimentali e osservare come si evolve la risoluzione", afferma Adrien Descloux, l'autore principale dello studio.

L'algoritmo può essere utilizzato con qualsiasi tipo di modalità di imaging, compresi i modelli a super risoluzione. "La nostra tecnica è particolarmente promettente per la generazione emergente di microscopi automatizzati, dove un computer regola tutte le loro impostazioni, " afferma Radenovic. L'algoritmo del suo laboratorio è il primo in assoluto a consentire ai ricercatori di stimare la risoluzione di un microscopio da una singola immagine. In precedenza erano necessarie due immagini, e i risultati erano soggetti a un'elevata incertezza se le immagini non erano state correttamente pre-elaborate.

In modo che la loro scoperta possa essere utilizzata su larga scala, l'algoritmo è stato reso disponibile come plug-in di immagini open source. I ricercatori possono scaricare lo strumento e ottenere direttamente la stima dell'algoritmo, mostrando loro quanto il loro microscopio sta operando alla sua massima risoluzione. "Il nostro algoritmo è universale. E poiché è necessaria una sola immagine, è particolarmente adatto per una rapida ottimizzazione delle condizioni di imaging, che è impegnativo quando si osservano i processi dinamici. Anche, il metodo può essere applicato nell'elaborazione delle immagini, come feedback per l'ottimizzazione degli algoritmi avanzati di ricostruzione delle immagini, " conclude Descloux.