Впервые создан способ виртуализации микроскопических объектов, использующий принцип фантомных изображений. Данный метод может помочь дополнить существующие решения при комплексной визуализации образцов в биологических и медицинских исследованиях. Результаты работы представлены в журнале… Optics & Laser Technology.
Процесс фотосъемки объекта с помощью установки фантомной микроскопии.
Оптическая микроскопия играет важную роль во множестве научных и медицинских областей, позволяя детально исследовать трехмерные микроструктуры. Эта технология используется для анализа клеток, тканей, микроорганизмов и изучения физиологических процессов в них. Несмотря на многовековую историю развития оптической микроскопии, последние годы ознаменовались новыми подходами для повышения качества изображений и получения дополнительной информации об объектах исследования. В классической оптической микроскопии смещение объектива относительно образца быстро приводит к размытию изображения и потере деталей. Размер этого эффекта характеризуется понятием «глубина резкости» — областью, в пределах которой изменение положения объектива не существенно влияет на качество изображения.
Ученые Красноярского научного центра СО РАН и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова предложили новый способ визуализации мелких объектов.
Фантомные изображения — способ визуализации, применяющий коррелированные световые поля. Метод основан на использовании двух световых полей: одно взаимодействует с объектом исследования и регистрируется однопиксельным детектором, другое, не содержащее информации об объекте, — матричным детектором. Образ формируется из пространственной корреляции этих полей. Данный метод обладает преимуществами, позволяющими существенно увеличить глубину резкости оптической схемы микроскопа. Такой подход открывает новые возможности для трехмерной визуализации микроскопических объектов, таких как клетки и ткани, с высокой детальностью.
«В нашей работе разработана оптическая микроскопия, основанная на фантомной визуализации. Этот подход использует анализ пространственных корреляций случайных световых полей. Предложенный метод отличается тем, что при расфокусировке объектива изображения не размываются, в отличие от стандартной оптической микроскопии. », — комментирует полученные изображения Николай ДавлетшинПо мнению одного из участников исследования, старшего научного сотрудника Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, …
Изображения получены с помощью обычного (верхняя строка) и призрачной (нижняя строка) микроскопии.
Микроскопия на фантомном принципе позволяет работать без меток – специальных маркеров, добавляемых в образец для визуализации структуры. Это особенно важно в биологии, где минимальное вмешательство в образцы принципиально. Такой способ визуализации сложных биологических структур может повысить эффективность диагностики и анализа.
Не существует единого метода микроскопии. Разработки в области микроскопии направлены на повышение качества получаемых микроизображений. Наш труд позволяет обойти ограничения, обусловленные глубиной резкости оптических схем микроскопов. — Полученные результаты создают возможность визуализировать объемные микроскопические структуры помимо существующих методов оптической когерентной томографии и спекл-контрастной визуализации.
Авторы разработали «Фантомный микроскоп», на что недавно получен патент. Несмотря на оптимизм, предстоит большая работа по изучению аспектов нового типа микроскопии. Развитие фантомной микроскопии является приоритетной задачей, поскольку открывает новые возможности для биомедицинских приложений. Для этого подана заявка в Российский научный фонд. Поддержка фондом обеспечит необходимый ресурс для развития. и Подтверждение первенства государства в области новой микроскопической техники. — резюмирует Андрей ВьюнышевСергей Иванов — один из авторов исследования, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики имени Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук.
Информация и фотографии предоставил Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук».