Нелинейная микроскопия позволяет получать детальные изображения под поверхностью образцов

Оптические (световые) микроскопы дают детальные изображения поверхностей исследуемых образцов. А вот их возможности для заглядывания дальше, под поверхность, мягко говоря, сильно ограничены. Одним из потенциальных обходных путей считается поиск излучаемых сигналов образца, когда тот взаимодействует одновременно с двумя фотонами, с применением техники, называемой нелинейной микроскопией.

И вот теперь учёные из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) показали, как такая техника может быть использована для всматривания в самые толщи образца.

Вверху — изображение мозговых структур мыши, сделанное с помощью традиционной нелинейной микроскопии на глубине 300 мкм; внизу — то же, полученное новым методом модуляции. (Микрофотография The Optical Society.)

Наиболее привычным типом оптической микроскопии является инструмент, работающий по линейному принципу. Это значит, что атомы, образующие поверхность исследуемого образца, взаимодействуют только с одним фотоном за раз. Несмотря на типичность и высокую продуктивность метода, линейный подход имеет ограничения, которые в какой-то степени преодолеваются в нелинейной микроскопии. К примеру, в последнем случае, облучая образец двумя пересекающимися непараллельными световыми лучами, можно выделить очень небольшой объём образца. Фоновый шум легко отфильтровывается, а результирующее сверхвысокое соотношение уровня полезного сигнала к шуму позволяет получать детализированные изображения, включая изображения пространства под поверхностью образца. Но когда глубина становится значительной, шум достигает такого уровня, что даже нелинейная микроскопия теряет былую ясность.

Японские учёные продемонстрировали технику, позволяющую снизить уровень фонового шума в 100 раз и при этом увеличить допустимую глубину вдвое по сравнению с традиционным нелинейным подходом, делающим упор на максимизацию объёма перекрывания двух световых импульсов в единственной представляющей интерес точке внутри образца. Вместо этого исследователи использовали оптическую систему, позволяющую периодически модулировать область пространственного перекрытия лучей. Таким образом, сигнал, продуцируемый в центре изучаемого объёма, модулируется с частотой, вдвое превосходящей частоту модуляции перекрытия лучевых импульсов. Сигналы, производимые в стороне от центра, модулируются с более низкими частотами. При их отфильтровывании становится возможным существенно уменьшить фоновый шум.

Когда японцы применили эту методику для визуализации мозга мыши, модуляция пространственного перекрытия лучей позволила разрешить мозговые структуры, существующие на глубине 240 мкм, где традиционный нелинейный подход уже не работает. Кроме того, важно отметить, что модуляция пространственного перекрытия позволяет значительно повысить разрешение изображений.

Информация о нелинейной оптической микроскопии содержится в статье, опубликованной в журнале Biomedical Optics Express.

Подготовлено по материалам Института физико-химических исследований RIKEN.

Каждый день слушайте итоговый подкаст Свободного Радио «Компьюлента»!

blog comments powered by Disqus