Proovist põhjustatud optiliste aberratsioonide kompenseerimine on bioloogilistes kudedes sügaval asuvate mikroskoopiliste struktuuride visualiseerimiseks ülioluline. Tugev mitmekordne hajumine piirab aga kudede põhjustatud vigade tuvastamise ja parandamise võimet.
Seetõttu on kõrge eraldusvõimega süvakoekujutise saamiseks oluline mitme hajutusega lainete eemaldamine ja üksikute lainete suhte suurendamine. Teadlased, keda juhivad põhiteaduste instituudi molekulaarspektroskoopia ja dünaamika keskuse asedirektor CHOI Wonshik, Korea katoliku ülikooli professor KIM Moonseok ja Souli riikliku ülikooli professor CHOI Myunghwan, töötasid välja uut tüüpi holograafilise mikroskoobi. näha läbi kolju ja kujutada aju.
Uus mikroskoop suudab läbi näha terve kolju ja on võimeline looma hiire elava hiire aju närvivõrgu kõrglahutusega 3D-kujutist ilma kolju eemaldamata.
Aastal 2019 teadlased alates IBS– esimest korda – töötas välja kiire ajalahutusega holograafilise mikroskoobi, mis suudab kõrvaldada mitmekordse hajumise. Samal ajal mõõdab see valguse amplituudi ja faasi.
Mikroskoobi abil said nad jälgida elusate kalade närvivõrku ilma sisselõigeteta. Siiski oli raske saada hiirte ajust närvivõrgu kujutist, kuna hiire kolju on paksem kui kaladel.
Uurimisrühm suutis kvantitatiivselt analüüsida, kuidas valgus ja aine interakteeruvad, mis võimaldas neil oma varasemat mikroskoopi edasi arendada. See hiljutine uuring teatas ülisügava, kolmemõõtmelise ajalahutusega holograafilise mikroskoobi edukast väljatöötamisest, mis võimaldab kudesid vaadelda suurema sügavusega kui kunagi varem.
Konkreetselt töötasid teadlased välja meetodi ühe hajutatud lainete eelistamiseks, kasutades ära asjaolu, et neil on sarnased peegelduslainekujud isegi siis, kui valgust sisestatakse erinevatest nurkadest.
Konstruktiivseid häireid optimeeriva resonantsrežiimi avastamiseks (häiringud, mis tekivad sama faasi lainete kattumisel) kasutatakse keerulist algoritmi ja numbrilist operatsiooni, mis uurib keskkonna omarežiimi (eraldatud laine, mis jaotab valguse energia keskkonda). See võimaldas uuel mikroskoobil soovimatud signaalid valikuliselt välja filtreerida, keskendudes samal ajal ajukiududele rohkem kui 80 korda rohkem valgusenergiat kui varem. See võimaldas suurendada ühekordse hajutusega lainete ja mitmekordse hajutusega lainete suhet mitme suurusjärgu võrra.
Järgmisena katsetasid teadlased tehnoloogiat hiire aju jälgimisega. Isegi sügavusel, kus praeguse tehnoloogia kasutamine oli varem võimatu, sai lainefrondi moonutusi mikroskoobi abil korrigeerida. Uus mikroskoop pildistas edukalt kõrge eraldusvõimega hiire aju neuronaalset võrgustikku kolju all. Kõik see saavutati nähtaval lainepikkusel ilma hiire kolju välja võtmata ja fluorestsentsmarkerit kasutamata.
Professor KIM Moonseok ja dr JO Yonghyeon, kes on välja töötanud holograafilise mikroskoobi aluse, ütlesid: "Kui me esimest korda jälgisime keerukate meediumide optilist resonantsi, pälvis meie töö akadeemiliste ringkondade suurt tähelepanu. Alates põhiprintsiipidest ja lõpetades hiire kolju all oleva närvivõrgu vaatlemise praktilise rakendamisega oleme avanud uue võimaluse aju neuropiltide konvergentse tehnoloogia jaoks, ühendades andekate inimeste jõupingutused füüsikas, elus ja elus. aju teadus. ”
Abidirektor CHOI Wonshik ütles: „Meie keskus on pikka aega arendanud ülisügavat biopildistamise tehnoloogiat, mis rakendab füüsilisi põhimõtteid. Eeldatakse, et meie praegune leid aitab oluliselt kaasa biomeditsiiniliste interdistsiplinaarsete uuringute, sealhulgas neuroteaduste ja täppismetroloogia tööstuse arendamisele.
Ajakirja viide:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi. Läbi kolju aju pildistamine in vivo nähtavatel lainepikkustel mõõtmete vähendamise adaptiiv-optilise mikroskoopia abil. Teadus ettemaksed, 2022; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
