A minta által kiváltott optikai aberrációk kompenzálása kulcsfontosságú a biológiai szövetek mélyén lévő mikroszkopikus struktúrák megjelenítéséhez. Az erős többszörös szóródás azonban korlátozza a szöveti eredetű hibák észlelésének és javításának képességét.
Ezért a nagy felbontású mélyszöveti kép elkészítéséhez elengedhetetlen a többszörösen szórt hullámok eltávolítása és az egyszeres szórt hullámok arányának növelése. A tudósok CHOI Wonshik, az Alaptudományi Intézet Molekuláris Spektroszkópiai és Dinamikai Központjának igazgatóhelyettese, KIM Moonseok professzor, a Koreai Katolikus Egyetem és CHOI Myunghwan professzor, a Szöuli Nemzeti Egyetem vezetésével új típusú holografikus mikroszkópot fejlesztettek ki. átlátni a koponyán, és elképzelni a agy.
Az új mikroszkóp képes „átlátni” az ép koponyán, és képes nagy felbontású 3D-s képalkotásra a neurális hálózatról egy élő egéragyban a koponya eltávolítása nélkül.
2019-ben a tudósok a IBS– először – fejlesztette ki a nagy sebességű időfelbontású holografikus mikroszkópot, amely kiküszöböli a többszörös szórást. Ugyanakkor méri a fény amplitúdóját és fázisát.
A mikroszkóp segítségével metszéses műtét nélkül is megfigyelhették az élő halak ideghálózatát. Nehéz volt azonban az egerek agyáról ideghálózati képet készíteni, mivel az egér koponyája vastagabb, mint a halaké.
A kutatócsoport képes volt kvantitatívan elemezni a fény és az anyag kölcsönhatását, ami lehetővé tette számukra, hogy továbbfejlesszék korábbi mikroszkópjukat. Ez a legutóbbi tanulmány egy szupermélységű, háromdimenziós időfelbontású holografikus mikroszkóp sikeres kifejlesztéséről számolt be, amely lehetővé teszi a szövetek minden eddiginél nagyobb mélységben történő megfigyelését.
A tudósok konkrétan egy olyan módszert fejlesztettek ki, amellyel előnyben részesítették az egyszeri szórt hullámokat, kihasználva azt a tényt, hogy hasonló visszaverődési hullámformákkal rendelkeznek, még akkor is, ha a fény különböző szögekből érkezik.
A konstruktív interferenciát (az azonos fázisú hullámok átfedésénél fellépő interferencia) optimalizáló rezonanciamód felfedezésére egy bonyolult algoritmust és egy közeg sajátmódusát (egy közegbe fényenergiát elosztó különálló hullámot) vizsgáló numerikus műveletet használnak. Ez lehetővé tette az új mikroszkóp számára, hogy szelektíven kiszűrje a nem kívánt jeleket, miközben több mint 80-szor annyi fényenergiát fókuszált az agyrostokra, mint korábban. Ez lehetővé tette, hogy több nagyságrenddel növeljük az egyszeres és többszörösen szórt hullámok arányát.
A tudósok ezután az egér agyának megfigyelésével tesztelték a technológiát. Még olyan mélységben is, ahol a jelenlegi technológia alkalmazása korábban lehetetlen volt, a hullámfront-torzulás korrigálható volt a mikroszkóp segítségével. Az új mikroszkóp sikeresen leképezte az egér agyának neuronális hálózatát a koponya alatt nagy felbontásban. Mindez a látható hullámhosszon valósult meg anélkül, hogy kivennék az egér koponyáját, és fluoreszcens marker használata nélkül.
KIM Moonseok professzor és Dr. JO Yonghyeon, akik kidolgozták a holografikus mikroszkóp alapját, azt mondta: „Amikor először megfigyeltük az összetett médiák optikai rezonanciáját, munkánk nagy figyelmet kapott a tudományos köröktől. Az alapelvektől az egérkoponya alatti neurális hálózat megfigyelésének gyakorlati alkalmazásáig új utat nyitottunk az agyi neuroimaging konvergens technológiája számára azáltal, hogy egyesítjük tehetséges emberek erőfeszítéseit a fizikában, az életben és az életben. agy tudomány."
CHOI Wonshik igazgatóhelyettes elmondta: „Központunk hosszú ideje olyan szupermélységű bioképalkotási technológiát fejlesztett ki, amely fizikai elveket alkalmaz. Jelen megállapításunk várhatóan nagyban hozzájárul majd az orvosbiológiai interdiszciplináris kutatás fejlődéséhez, beleértve az idegtudományt és a precíziós metrológia ipart is.”
Journal Reference:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi. Koponyán keresztüli agyi képalkotás in vivo látható hullámhosszon, dimenziócsökkentő adaptív-optikai mikroszkóppal. Tudomány előlegek, 2022; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
