Kontraintuitiv defokuseringsteknik producerer 3-D mikroskopbilleder

En af de store opfindelser i historien var udviklingen af ​​mikroskopet. Evnen til at se den enorme variation af liv og mønstre i så lille en skala ændrede vores forståelse af verden og vores forhold til den.

Siden da har mikroskopister forbedret deres instrumenter dramatisk, så de optager ikke kun med synligt lys, men andre bølgelængder og endda med andre optagemedier fuldstændigt såsom elektroner og neutroner og så videre.

En af de sværeste udfordringer er dog at bestemme den tredimensionelle struktur af små objekter. Sunde røde blodlegemer har for eksempel en berømt doughnut-formet struktur, og ændringer i denne struktur er en vigtig indikator for forskellige sygdomme og tilstande.

Disse former er ligetil at se, men det er vanskeligt at bestemme hele deres 3D-struktur med en opløsning på et par hundrede nanometer; ikke mindst fordi røde blodlegemer stort set er gennemsigtige og svære at se ved almindelig lysfeltsmikroskopi.

I dag afslører Paula Roma og venner ved det føderale universitet i Minas Gerais i Brasilien en ny og relativt enkel teknik til at bestemme hele 3D-strukturen af ​​røde blodlegemer baseret på den kontraintuitive teknik med defokusering.

Biologer har længe erkendt begrænsningerne ved lysfeltmikroskopi med biologiske prøver, fordi mange stort set er gennemsigtige. (Lysfeltmikroskopi er den almindelige mikroskopteknik, som de fleste mennesker støder på i gymnasiet.)

Lys skinner på eller gennem prøven og afslører alt, der kraftigt absorberer eller spreder lys.

Problemet er, at alt, der er gennemsigtigt, er mere eller mindre usynligt, fordi lyset passerer lige igennem det. Og desværre falder mange biologiske prøver ind i denne kategori - inklusive røde blodlegemer, som stort set er gennemsigtige.

En måde rundt på dette er at defokusere billedet lidt. Da de røde blodlegemer har et brydningsindeks, bøjer de lyset, der passerer gennem det. Denne bøjning introducerer en faseændring i lyset.

Denne faseændring gør det lettere at adskille dette lys fra lys, der ikke har passeret gennem cellen. Og ved at gøre dette bliver de røde blodlegemer mørkere og lettere at se.

Det giver mulighed for mere detaljeret analyse af cellerne. Ved at måle de ændringer i intensitet, som denne proces introducerer, er det muligt at beregne formen på den overflade, der genererer faseændringerne. Så det giver et tredimensionelt billede af den øvre overflade af cellen.

Nu siger Roma og co, at det er muligt at gå længere. De viser, at ved at tage to billeder af cellen, begge ufokuserede i forskellige mængder, er det muligt også at regne ud formen af ​​cellens bundoverflade. Med andre ord giver denne mærkelige form for ufokuseret stereobillede dig hele cellens 3D-form.

Resultaterne er imponerende. Teknikken fungerer med almindeligt hvidt lys, selvom dette skal filtreres for at fjerne de røde bølgelængder, som røde blodlegemer kan absorbere.

For at få to billeder af den samme celle bruger Roma og co en stråledeler til at sende lys til to kameraer, der begge er defokuserede i forskellig mængde. Resultaterne kan derefter behandles ved hjælp af en ligetil algoritme til at producere 3-D-billeder af cellerne

For at teste ideen placerede Roma og co røde blodlegemer i forskellige koncentrationer af saltopløsninger for at få dem til at svulme op. De optog billeder af 25 celler og behandlede resultaterne, som er vist ovenfor.

De siger, at billederne har en opløsning på inden for 300 nanometer, væsentligt bedre end det er muligt med lignende teknikker. De viser især, hvordan cellerne klæber til den overflade, de er knyttet til.

Opsætningen er også forholdsvis ligetil. Teknikken kunne let adopteres af ikke-specialister, siger de.

Det er et interessant resultat, der viser, hvor fascinerende lavprisfremskridt stadig kan gøres i mikroskopi.

Ref: http://arxiv.org/abs/1404.2968 : Total 3D-billeddannelse af faseobjekter ved hjælp af defokuseringsmikroskopi: Anvendelse o røde blodlegemer

skjule