Ученые из Университета Аделаиды (Австралия) впервые получили изображения живых эмбрионов, используя камеры, изначально созданные для квантовых измерений. Благодаря высокой точности этих приборов удалось избежать повреждения биологических тканей, которое обычно возникает из-за дополнительного освещения, требуемого при стандартных методах съемки.
Во многих научных дисциплинах визуальная информация играет ключевую роль, и сейчас мы можем создавать изображения, используя весь диапазон излучения – от теплового до рентгеновского, а не только видимый свет. Также применяются методы визуализации, позволяющие отображать данные о магнитных и электрических полях.
Иногда ни один из этих методов не подходит. Нежные и живые биологические ткани могут быть повреждены не только избыточным теплом или рентгеновским излучением, но и даже от простого освещения. Использование минимального уровня света в сочетании с этими высокочувствительными камерами помогает изучать живые и развивающиеся клетки.
При воздействии внешнего освещения многие клеточные соединения начинают излучать свет, это явление известно как флуоресценция. Анализ параметров флуоресценции позволяет исследователям получать информацию о процессах, протекающих в тканях, и о веществах, присутствующих в них. Однако, как правило, интенсивность излучения низкая.
Они позволяют решить эту проблему улавливать гораздо более слабые сигналы, поэтому модифицированные для их использования микроскопы становятся более эффективными и точными инструментами исследований.
Сверхчувствительные камеры оказались полезным инструментом при работе с живыми тканями, как выяснили физики. В ходе исследования были протестированы современные камеры, способные фиксировать отдельные фотоны. Благодаря этой технологии ученым удалось освещать живые клетки, используя минимально необходимые дозы света.
В ходе доклинического исследования ученые изучили возможность применения нового метода и использовали микроскопию плоскостного освещения для визуализации образца (метод визуализации с использованием сканирующей микроскопии с подсветкой листами, LSFM ) и два вида камер: на КМОП-матрице и EMCCD-камеру (electron-multiplying charge-coupled device), основанную на принципе управляемого переноса заряда в полупроводниковом материале. Полученные результаты опубликованы в журнале APL Photonics.
Основная задача проекта заключалась в создании способа для беспристрастного сопоставления качества снимков, сделанных с использованием различных камер. Исследователи также изучили возможности применения искусственного интеллекта для снижения уровня шума на изображениях. Использование как ИИ, так и квантовых камер предполагает нечто большее, чем просто подключение камеры к микроскопу для получения изображений, но существенно увеличивает качество данных без вреда для живых тканей.
Свет, находящийся в квантовом состоянии, способен предоставить дополнительную информацию о биологических образцах. Исследователи планируют дальнейшую работу по адаптации квантовых методов для применения в биологии и медицине.