Zobrazování buněčných komponent v reálném čase včetně DNA

ДОКЛАД ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА. ВИДЕО-ВЕРСИЯ. ALLATRA SCIENCE (Červen 2019).

Anonim

Optické mikroskopy, které používají čočky k odrazování fotonů z objektů, mají problémy s rozlišením objektů v měřítku nanometrů, které jsou menší než vlnová délka zobrazovacího paprsku, jako jsou proteiny a DNA. Inovativní "hyperleny" navržené na A * STAR mohou překonat limity optické difrakce zachycením informací s vysokým rozlišením, které jsou drženy krátkotrvajícími nebo evanescentními vlnami skrývajícími se v blízkosti povrchu terče.

Hyperlenová zařízení - složená z tenkých vrstev vrstev střídavého kovu a plastů - mají vyhlídky na zachytávání živých biologických procesů v činnosti s vysokorychlostní optikou. Klíčem k jejich působení jsou oscilační elektrony, známé jako povrchové plazmony, které rezonují a zvětšují evanescenční vlny, které se objevují, když fotony narazí na pevný objekt. Úzké vlnové délky evanescentních paprsků poskytují rozlišení v nanometrech, když hyperleny propagují obrazy na standardní mikroskop.

Hromadná výroba stávajících hypertenzí je však kvůli jejich složité výrobě zablokována - může se vyžadovat až 18 vrstev různých vrstev, z nichž každá má přísné požadavky, aby se zabránilo degradaci signálu. "Pro perfektní zobrazování vyžadují tyto vrstvy přesně řízenou tloušťku a čistotu, " říká Linda Wu z Institutu výrobních technologií A * STAR v Singapuru. "Jinak je těžké zvětšit objekt dostatečně, aby se zvedl konvenční mikroskop."

Wu a její spolupracovníci navrhli jiný typ hyperlen, který eliminuje potřebu více rozhraní ve směru šíření světla - hlavním zdrojem ztrát energie a zkreslení obrazu. Týmová koncepce vkládá hemisférové ​​pole nanorodů do centrálního izolačního jádra, které dává hyperlenům tvar podobný trnitému mořskému ježku. Tato geometrie umožňuje efektivnější sklizeň evanescentních vln a také lepší promítání obrazu.

"Pro geometrii mořských jezevčíků se kovové konstrukce nanometrů vyrovnají ve směru šíření světla a jsou mnohem menší než vlnová délka aplikovaného infračerveného světla, " vysvětluje Wu. "Proto světlo nevidí žádné překážky a účinně a přirozeně se propaguje bez ztráty."

Simulace výzkumníků odhalila, že špičaté hyperleny mohou oddělovat složité informace o vlnách do svých komponentních kmitočtů a poté tyto údaje předávat mikroskopu jako intenzivní a snadno rozpoznatelné pásmo. Tento přístup byl také účinný - ukázal se schopný vyřešit spletité objekty o šířce 50 až 100 nanometrů, aniž by bylo potřeba po zpracování obrazu.

Wu poznamenává, že vytváření hyperlensů mořského ježka by mělo být mnohem jednodušší než vícevrstvé struktury. "Nano-velké kovové struktury by mohly být tvořeny pomocí pórů a šablon do flexibilních čoček, bez omezení skutečné velikosti, " říká. "Tato hypertenze by mohla být důležitým nástrojem pro bio-molekulární zobrazování v reálném čase."

menu
menu