Инженеры-электрики из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали технологию, которая улучшает разрешение обычного светового микроскопа, так что его можно использовать для непосредственного наблюдения за более тонкими структурами и деталями в живых клетках, пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Communications.

Эта технология превращает обычный световой микроскоп в так называемый микроскоп сверхвысокого разрешения. В нем используется специально разработанный материал, который укорачивает длину волны света при освещении образца – именно этот сжатый свет позволяет микроскопу получать изображения с более высоким разрешением.

«Этот материал преобразует свет с низким разрешением в свет с высоким разрешением, – сказал Чжаовей Лю, профессор электротехники и компьютерной инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего. – Это очень просто и легко использовать. Просто поместите образец на материал, а затем поместите все это под обычный микроскоп – никаких сложных модификаций не требуется».

Работа преодолевает большое ограничение обычных световых микроскопов: низкое разрешение. Световые микроскопы полезны для визуализации живых клеток, но их нельзя использовать, чтобы увидеть что-то меньшее. Обычные световые микроскопы имеют предел разрешения 200 нанометров, что означает, что любые объекты, расположенные ближе этого расстояния, не будут наблюдаться как отдельные объекты. И хотя существуют более мощные инструменты, такие как электронные микроскопы, которые позволяют видеть субклеточные структуры, их нельзя использовать для визуализации живых клеток, потому что образцы необходимо помещать в вакуумную камеру.

«Основная задача – найти технологию с очень высоким разрешением, безопасную для живых клеток», – сказал Лю.

Технология, разработанная командой Лю, сочетает обе функции. С его помощью обычный световой микроскоп можно использовать для получения изображений живых субклеточных структур с разрешением до 40 нанометров.

Технология состоит из предметного стекла микроскопа, покрытого сжимающим свет материалом, называемым гиперболическим метаматериалом. Он состоит из чередующихся слоев серебра и кварцевого стекла толщиной в несколько нанометров. По мере прохождения света его длины волн сокращаются и рассеиваются, образуя серию случайных пятнистых узоров с высоким разрешением. Когда образец помещается на предметное стекло, он по-разному освещается этой серией пятнистых световых узоров. Это создает серию изображений с низким разрешением, которые все захватываются, а затем собираются вместе с помощью алгоритма реконструкции для получения изображения с высоким разрешением.

Исследователи проверили свою технологию с помощью коммерческого инвертированного микроскопа. Они смогли отобразить мелкие детали, такие как актиновые филаменты, во флуоресцентно меченных клетках Cos-7 – особенности, которые нельзя четко различить с помощью самого микроскопа. Технология также позволила исследователям четко различать крошечные флуоресцентные шарики и квантовые точки, расположенные на расстоянии от 40 до 80 нанометров друг от друга.

По словам исследователей, технология сверхвысокого разрешения имеет большой потенциал для высокоскоростной работы. Их цель – объединить высокую скорость, сверхвысокое разрешение и низкую фототоксичность в одной системе для визуализации живых клеток.

Команда Лю сейчас расширяет технологию, чтобы получать изображения с высоким разрешением в трехмерном пространстве. В данной статье показано, что с помощью этой технологии можно получать изображения с высоким разрешением в двухмерной плоскости. Команда Лю ранее опубликовала документ, показывающий, что эта технология также способна получать изображения со сверхвысоким осевым разрешением (около 2 нанометров). Сейчас они работают над их объединением.