Việc bù quang sai do mẫu gây ra là rất quan trọng để hình dung các cấu trúc cực nhỏ sâu bên trong các mô sinh học. Tuy nhiên, sự tán xạ nhiều mạnh hạn chế khả năng phát hiện và sửa chữa các lỗi do mô gây ra.
Do đó, để có được hình ảnh mô sâu có độ phân giải cao, việc loại bỏ các sóng phân tán đa dạng và tăng tỷ lệ của các sóng phân tán đơn lẻ là điều cần thiết. Các nhà khoa học, dẫn đầu bởi Phó Giám đốc CHOI Wonshik của Trung tâm Quang phổ Phân tử và Động lực học thuộc Viện Khoa học Cơ bản, Giáo sư KIM Moonseok của Đại học Công giáo Hàn Quốc và Giáo sư CHOI Myunghwan của Đại học Quốc gia Seoul đã phát triển một loại kính hiển vi ba chiều mới, để nhìn xuyên qua hộp sọ và hình ảnh não.
Kính hiển vi mới có thể “nhìn xuyên thấu” hộp sọ còn nguyên vẹn và có khả năng chụp ảnh 3D độ phân giải cao của mạng lưới thần kinh bên trong não chuột sống mà không cần loại bỏ hộp sọ.
Năm 2019, các nhà khoa học từ IBS- lần đầu tiên - phát triển kính hiển vi ba chiều phân giải thời gian tốc độ cao có thể loại bỏ nhiều tán xạ. Đồng thời, nó đo biên độ và pha của ánh sáng.
Sử dụng kính hiển vi, họ có thể quan sát mạng lưới thần kinh của cá sống mà không cần phẫu thuật. Tuy nhiên, rất khó để có được hình ảnh mạng lưới thần kinh của não chuột vì hộp sọ của chuột dày hơn hộp sọ của cá.
Nhóm nghiên cứu đã có thể phân tích định lượng cách ánh sáng và vật chất tương tác, điều này cho phép họ phát triển thêm kính hiển vi trước đó của mình. Nghiên cứu gần đây đã báo cáo sự phát triển thành công của kính hiển vi ba chiều siêu sâu, phân giải thời gian ba chiều cho phép quan sát các mô ở độ sâu lớn hơn bao giờ hết.
Đặc biệt, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp để ưu tiên lựa chọn các sóng đơn tán xạ bằng cách tận dụng thực tế là chúng có dạng sóng phản xạ tương tự ngay cả khi ánh sáng được đưa vào từ nhiều góc độ khác nhau.
Để khám phá chế độ cộng hưởng tối ưu hóa giao thoa xây dựng (giao thoa xảy ra khi các sóng có cùng pha chồng lên nhau), một thuật toán phức tạp và phép toán số kiểm tra eigenmode của một môi trường (một sóng riêng biệt phân phối năng lượng ánh sáng vào một môi trường) được sử dụng. Điều này cho phép kính hiển vi mới lọc ra các tín hiệu không mong muốn một cách có chọn lọc đồng thời tập trung năng lượng ánh sáng vào các sợi não nhiều gấp 80 lần so với trước đây. Điều này làm cho nó có thể tăng tỷ lệ giữa các sóng đơn tán xạ với nhiều sóng phân tán lên một số bậc của cường độ.
Các nhà khoa học tiếp theo đã thử nghiệm công nghệ này bằng cách quan sát não chuột. Ngay cả ở độ sâu mà trước đây việc sử dụng công nghệ hiện tại là không thể, sự biến dạng mặt sóng có thể được sửa chữa bằng kính hiển vi. Kính hiển vi mới đã chụp thành công mạng lưới tế bào thần kinh của não chuột bên dưới hộp sọ ở độ phân giải cao. Tất cả điều này đã được thực hiện trong bước sóng nhìn thấy được mà không cần lấy hộp sọ của chuột ra ngoài và không sử dụng điểm đánh dấu huỳnh quang.
Giáo sư KIM Moonseok và Tiến sĩ JO Yonghyeon, người đã phát triển nền tảng của kính hiển vi ba chiều, cho biết, “Khi chúng tôi lần đầu tiên quan sát thấy sự cộng hưởng quang học của các phương tiện phức hợp, công việc của chúng tôi đã nhận được sự quan tâm lớn từ giới học thuật. Từ các nguyên tắc cơ bản đến ứng dụng thực tế của việc quan sát mạng lưới thần kinh bên dưới hộp sọ chuột, chúng tôi đã mở ra một phương pháp mới cho công nghệ hội tụ hình ảnh thần kinh não bằng cách kết hợp nỗ lực của những người tài năng trong vật lý, cuộc sống và não khoa học."
Phó Giám đốc CHOI Wonshik cho biết, “Từ lâu, Trung tâm chúng tôi đã phát triển công nghệ đo sinh học siêu sâu ứng dụng nguyên lý vật lý. Người ta kỳ vọng rằng phát hiện hiện tại của chúng tôi sẽ góp phần to lớn vào sự phát triển của nghiên cứu liên ngành y sinh, bao gồm khoa học thần kinh và ngành đo lường chính xác. ”
Tạp chí tham khảo:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi. Hình ảnh não qua hộp sọ in vivo ở bước sóng nhìn thấy được thông qua kính hiển vi quang học thích ứng giảm kích thước. Những tiến bộ khoa học, Năm 2022; 8 (30) DOI: 10.1126 / sciadv.abo4366
