Исследовательская группа под руководством профессора Фрайбургского университета Александра Рорбаха разработала метод лазерной микроскопии, который они назвали вращающимся когерентным рассеянием (ROCS). Технология основана на быстром вращении синего луча.
Лазер вращается вокруг исследуемого объекта под разными углами 100 раз в секунду. Каждые десять мс на основе рассеянного света формируется изображение со сверхвысокой четкостью.
«Мы используем несколько физических явлений, известных из повседневной жизни, — рассказывает Рорбах. — Прежде всего, то, что маленькие объекты, такие как молекулы, вирусы или клеточные структуры, больше всего рассеивают синий свет».
Такую специфику крошечных объектов, как отмечают ученые, легко показать на примере неба. Молекулы воздуха больше всего рассеивают синюю часть солнечного спектра, из-за чего дневное небо нам кажется голубым. В контексте микроскопии маленькие объекты, по словам авторов разработки, рассеивают и направляют в камеру примерно в десять раз больше частиц синего света, чем частиц красного света.
Второй особенностью, также позаимствованной из реального мира, стал очень низкий угол наклона, под которым луч направляется на исследуемый объект. Исследователи говорят, что изображения частиц становятся четче под наклоненным к плоскости объекта лазерным лучом также, как отпечатки пальцев лучше видны на бокале, если смотреть на него под углом к свету.
Кроме того, ученые освещают объект косым лазерным лучом последовательно со всех сторон, чтобы избежать возможных искажений и артефактов.
ROCS uses blue, collimated laser light rotating under oblique angles to form images within 10 ms. Hence, back scattered laser light forms a super-resolved image on a camera within 10 ms by simply adding up coherent images (left movie part). Right: image formation with 700x slowmo pic.twitter.com/JBcfBLfSec
— Alexander Rohrbach (@AlexRohrbach09) January 3, 2022
Слева — отдельные снимки, справа — общее изображение.
Исследователи продемонстрировать работу микроскопа на различных клеточных системах. Например, ученым удалось заснять, как стимулированные тучные клетки всего за несколько миллисекунд открывают маленькие поры, чтобы выстрелить сферическими гранулами с необъяснимо высокой силой и скоростью. Гранулы содержат мессенджер гистамин, который впоследствии может привести к аллергическим реакциям.
В других экспериментах ученые смогли наблюдать на многих тысячах изображений, как филоподии — длинные нитевидные «пальцы» макрофагов — сканируют свое окружение в поисках добычи сложным дрожащим движением и как их цитоскелет может изменяться с неизвестной ранее скоростью.
Amazing how fast virus-like (100nm, n=1.4) particles are, how they try to find the best binding point at the cells (100 Hz ROCS microscopy, 5x slomo) pic.twitter.com/04yGMyWSkQ
— Alexander Rohrbach (@AlexRohrbach09) January 2, 2022
Вирусоподобные частицы пытаются попасть в клетку
«Нашей основной целью не было создание красивых изображений или фильмов с неожиданно высокой динамикой клеток — мы хотели получить новые биологические знания», — говорит Рорбах.
Читать далее:
В MIT создали неподвижный тепловой двигатель, который превзошел КПД турбин
Спустя десять лет работы ученые усомнились в стандартной модели физики