Техника PRISM преодолевает дифракционный предел света для 4D-визуализации живых клеток

Исследователи разработали новую технику (PRISM), которая может наблюдать за пределами дифракции света.

Она может захватывать исключительные виды внутри живых клеток через сверхразрешающую пространственную и временную визуализацию.

Как работает 4D-микроскопия клеток?

Исследователи использовали Фурье-фильтрацию для извлечения 3D количественной фазы из массива изображений белого света. Затем они объяснили эту ярко-полевую глубинно-разрешенную фазовую визуализацию через 3D частично когерентное формирование изображения.

Они продемонстрировали свою концепцию, извлекая высокоразрешающие 3D фазовые данные стабильных клеток из большого стека z-смещенных интенсивностей. Они разработали PRISM для одновременного захвата 8 плоскостей — он может выполнять высокоскоростную 3D фазовую визуализацию через объем 2,5×50×50 микрометров. Наконец, они последовательно визуализировали образцы клеток с 3D фазовой микроскопией и сверхразрешающей оптической флуктуационной визуализацией (SOFI).

SOFI поддерживает 3D-визуализацию живой клетки с почти одной секундой временного разрешения на реконструированное изображение в много-плоскостном микроскопе. Кроме того, он предлагает количественную оценку молекулярных параметров и терпит высокие плотности маркировки.

Простыми словами, PRISM — это надстройка к текущим платформам широкополевой микроскопии, которая позволяет простую и быструю реализацию 3D флуоресцентной сверхразрешающей визуализации и 3D количественной фазы. Кратко: новая система предоставляет лучшую возможность наблюдать временную физиологию и сложную пространственную структуру живых клеток.

Технические детали

Основываясь на волновом уравнении Гельмгольца, техника встроена в рамки теоремы Винера-Хинчина. Процесс декодирования фазовых данных вдоль оси z выполняется путем расчета прямого слабого рассеяния интерференции.

Они построили эффективный алгоритм для восстановления 3D фазовых данных из полученного объемного стека интенсивностей. Высокая числовая апертура детекции и белое свето Кёлера обеспечивают спекл-свободное высокоразрешающее и стабильное количественное фазовое изображение живых клеток. Более того, симуляции подтвердили аксиальное разрешение 350×560 нанометров.

В целом, процедура позволяет обновить обычный ярко-полевой микроскоп в простой, быстрый и надежный 3D фазовый микроскоп, который должен удовлетворить ожидания для многочисленных исследований и применений в биологии и науках о жизни.