Nel regno in continua evoluzione della microscopia, gli ultimi anni hanno assistito a notevoli passi avanti sia nell’hardware che negli algoritmi, spingendo la nostra capacità di esplorare le meraviglie infinitesimali della vita. Tuttavia, il viaggio verso la microscopia ad illuminazione strutturata tridimensionale (3DSIM) è stato ostacolato dalle sfide derivanti dalla velocità e dalla complessità della modulazione della polarizzazione.
Entra nel sistema 3DSIM di modulazione ad alta velocità "DMD-3DSIM", che combina display digitale con immagini ad alta risoluzione, consentendo agli scienziati di vedere le strutture cellulari con dettagli senza precedenti.
Come riportato in Advanced Photonics Nexus , il team del professor Peng Xi dell'Università di Pechino ha sviluppato questa configurazione innovativa attorno a un dispositivo a microspecchio digitale (DMD) e un modulatore elettroottico (EOM). Affronta le sfide legate alla risoluzione migliorando in modo significativo sia la risoluzione laterale (da lato a lato) che quella assiale (dall'alto in basso), per una risoluzione spaziale 3D, secondo quanto riferito, doppia rispetto a quella ottenuta dalle tradizionali tecniche di imaging ad ampio campo.
In termini pratici, ciò significa che DMD-3DSIM può catturare dettagli complessi di strutture subcellulari, come il complesso dei pori nucleari, i microtubuli, i filamenti di actina e i mitocondri nelle cellule animali. L'applicazione del sistema è stata estesa allo studio di ultrastrutture di cellule vegetali ad alta dispersione, come le pareti cellulari nelle foglie di oleandri e le strutture cave nelle foglie di alghe nere. Anche in una fetta di rene di topo, il sistema ha rivelato un marcato effetto di polarizzazione nei filamenti di actina.
Una porta aperta alla scoperta
Ciò che rende DMD-3DSIM ancora più entusiasmante è l’impegno nei confronti della scienza aperta. Il team di Xi ha reso tutti i componenti hardware e i meccanismi di controllo apertamente disponibili su GitHub, promuovendo la collaborazione e incoraggiando la comunità scientifica a basarsi su questa tecnologia.
La tecnica DMD-3DSIM non solo facilita importanti scoperte biologiche, ma pone anche le basi per la prossima generazione di 3DSIM. Nelle applicazioni che coinvolgono l’imaging di cellule vive, i progressi nei coloranti più luminosi e più fotostabili, gli algoritmi di denoising e i modelli di deep learning basati su reti neurali promettono di migliorare la durata dell’imaging, il recupero delle informazioni e il ripristino in tempo reale delle immagini 3DSIM da dati rumorosi. Combinando l'apertura dell'hardware e del software, i ricercatori sperano di aprire la strada al futuro dell'imaging multidimensionale.
Ulteriori informazioni: Yaning Li et al, Microscopia di illuminazione strutturata tridimensionale con modulazione di sincronizzazione dell'autopolarizzazione ad alta velocità, Advanced Photonics Nexus (2023). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016001
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