Le immagini di fase quantitativa rivelano più dettagli rispetto alle immagini di microscopia classica. La tecnica KAUST cattura sia le immagini in campo chiaro (in alto) che le immagini di fase (in basso) in un'unica misurazione. Attestazione:KAUST
I microscopi sono stati al centro di molti dei più importanti progressi della biologia per molti secoli. Ora, I ricercatori KAUST hanno mostrato come un microscopio standard può essere adattato per fornire ancora più informazioni.
Nella sua forma più semplice, la microscopia crea un'immagine di un oggetto misurando l'intensità della luce che lo attraversa. Ciò richiede un campione che disperde e assorbe la luce in modi diversi. Molte cellule viventi, però, assorbono pochissima luce visibile, il che significa che c'è solo una piccola differenza tra le regioni chiare e quelle scure, noto come contrasto. Questo rende difficile vedere i dettagli più fini.
Ma la luce che passa attraverso il campione cambia non solo la sua intensità, ma anche la sua fase:la tempistica relativa dei picchi nell'onda ottica. "La microscopia a contrasto di fase converte la fase in variazioni di ampiezza più grandi e quindi consente la visualizzazione di fini, strutture trasparenti dettagliate, " spiega il dottorando KAUST Congli Wang.
Misurare la fase della luce è più complicato che misurarne l'intensità. La maggior parte dei microscopi a contrasto di fase deve includere un componente che converte il cambiamento di fase in un cambiamento di intensità misurabile. Ma questa conversione non è precisa; si avvicina solo alle informazioni di fase.
Wang e i suoi colleghi del KAUSTVisual Computing Center, sotto la supervisione di Wolfgang Heidrich, un professore di informatica, hanno ora sviluppato un nuovo metodo per l'imaging quantitativo di fase e intensità. Fondamentale per le prestazioni del loro microscopio era un elemento noto come sensore del fronte d'onda. I sensori del fronte d'onda sono sensori ottici progettati su misura in grado di codificare il fronte d'onda, o fase, informazioni in immagini di intensità.
L'imaging quantitativo di fase consente ai ricercatori di rilevare la geometria di piccoli campioni trasparenti con strutture fini; Per esempio, globuli rossi tridimensionali (a sinistra) e una matrice di microlenti (a destra). Attestazione:KAUST
Il team ha progettato un innovativo sensore di fronte d'onda ad alta risoluzione, e i membri del team lo stanno ora incorporando in un microscopio commerciale per migliorare le prestazioni dell'imaging al microscopio. Hanno quindi ricostruito l'immagine a contrasto di fase utilizzando un algoritmo informatico sviluppato per recuperare numericamente la fase quantitativa da una coppia di immagini:un'immagine di calibrazione ottenuta senza il campione e un'immagine di misurazione ottenuta con il campione in posizione.
Questo approccio semplifica diversi aspetti della microscopia. Mentre altri metodi hanno raggiunto l'imaging di fase quantitativa in passato, hanno richiesto configurazioni costose o complicate, sorgenti luminose specializzate o molto tempo per generare l'immagine. "Il nostro metodo consente l'acquisizione di istantanee di immagini di fase quantitativa e di ampiezza ad alta risoluzione tramite un'ottica semplice a prezzi accessibili, sorgente di luce bianca comune e calcoli veloci a velocità video in tempo reale, " dice Heidrich. "È la prima volta, per quello che ci risulta, che tutti questi vantaggi sono combinati in un'unica tecnica."
