La versatilità e la miniaturizzazione dei sistemi di imaging sono di grande importanza nell'odierna società dell'informazione. Le tecniche di imaging microscopico sono sempre state indispensabili per la ricerca scientifica e la diagnosi delle malattie in campo biomedico, che si sta muovendo anche verso l'integrazione, la portabilità e la multifunzionalità.
La tecnica del microscopio ottico solitamente comprende l'imaging in campo chiaro, in campo scuro e in fluorescenza, che si basano comunemente su componenti ottici ingombranti. Soprattutto per la microscopia a fluorescenza e in campo scuro, il blocco della luce diffusa indesiderata di fondo per garantire un SNR elevato è di notevole importanza nelle prestazioni di imaging.
L'impiego dell'illuminazione a onde guidate rende possibile combinare insieme due tecniche di imaging, ma i sistemi sono ancora ingombranti e complicati. Un percorso promettente verso un microscopio compatto consiste nell'utilizzare i metalensi, che consistono in nanostrutture sub-lunghezza d'onda con potenti capacità di modulare l'ampiezza e la fase della luce.
Sebbene siano stati dimostrati metallenti innovativi per la microscopia a fluorescenza, i vantaggi dell'architettura ultrasottile e piatta non sono stati ancora rivelati per la miniaturizzazione.
Il gruppo del professor Tao Li e Shining Zhu dell'Università di Nanchino ha presentato un microscopio multimodale miniaturizzato per l'imaging in campo chiaro, campo scuro e fluorescenza introducendo illuminazioni a onde guidate. Cambiando comodamente la sorgente luminosa, tre modalità di imaging possono funzionare insieme o separatamente all'interno di un microscopio molto compatto (diversi centimetri di dimensione).
In particolare, il modulo di illuminazione a onde guidate proposto non solo fornisce una modalità di imaging a basso rumore, ma riduce anche ulteriormente le dimensioni del sistema, a favore del microscopio compatto.
Di conseguenza, un array di metalli viene progettato e fabbricato con un ingrandimento di 3,5× nell'imaging (lavorando a λ =470 nm), che corrisponde alla lunghezza d'onda di emissione dell'imaging a fluorescenza. La risoluzione dell'immagine è di circa 714 nm, garantendo l'imaging subcellulare. Inoltre, gli esperimenti hanno dimostrato le potenziali applicazioni delle tecniche di imaging microfluidico per miniaturizzare ulteriormente i sistemi di imaging microfluidico.
In conclusione, i ricercatori propongono e dimostrano un metamicroscopio multimodale miniaturizzato basato sull'illuminazione a onde guidate. Tre modalità di imaging vengono realizzate all'interno di un prototipo su scala centimetrica, comprese le modalità campo chiaro, campo scuro e fluorescenza.
L'illuminazione a onde guidate proposta consente di risparmiare ulteriormente spazio per soddisfare questa compattezza, che combina in modo significativo l'imaging in campo scuro e in fluorescenza. Un array di metalli è particolarmente progettato e funziona in modalità zoom (3,5×) incorporato con un sensore di immagine CMOS, progettato rispetto alla lunghezza d'onda di 470 nm corrispondente alla lunghezza d'onda di emissione.
La risoluzione a metà passo è di circa 714 nm, garantendo una risoluzione dell'imaging subcellulare. In particolare, questa è la prima implementazione meta-dispositivo dell'imaging multimodale in un sistema ultracompatto, che si prevede consentirà la visualizzazione in tempo reale della coltura cellulare e avrà un grande impatto nel campo biomedico in futuro.
L'articolo è pubblicato sulla rivista Advanced Devices &Instrumentation .
Ulteriori informazioni: Xin Ye et al, metamicroscopio multimodale ultracompatto basato su illuminazione spaziale e a onde guidate, dispositivi e strumentazione avanzati (2023). DOI:10.34133/adi.0023
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