Führende Einzelpixeltechnologie ermöglicht die 3D-Bildgebung lebender Zellen

Wissenschaftler haben eine bahnbrechende 3D-Einzelpixel-Bildgebungstechnik (3D-SPI) entwickelt, die auf 3D-Lichtfeldbeleuchtung basiert. Diese Methode ermöglicht die hochauflösende Abbildung mikroskopischer Objekte. Der 3D-SPI-Ansatz könnte die Visualisierung verschiedener biologischer Aufnahmeanisotropien, Zellmorphogenese und Wachstum revolutionieren und neue Möglichkeiten in der biomedizinischen Forschung und optischen Sensorik eröffnen. (Konzept des Mikrofotografie-Künstlers.)

Forscher haben eine 3D-SPI-Methode entwickelt, die eine hochauflösende Abbildung mikroskopischer Objekte ermöglicht und einen transformativen Ansatz für die biomedizinische Forschung und optische Sensorik in der Zukunft bietet.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Li Gong von der Universität für Wissenschaft und Technologie (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und Mitarbeitern entwickelte einen Einzelpixel-Bildgebungsansatz (3D-SPI), der auf 3D-Licht basiert. Feldbeleuchtung (3D-LFI), die eine volumetrische Abbildung mikroskopischer Objekte mit einer optischen 3D-Auflösung nahe der Beugung ermöglicht. Sie demonstrierten auch seine Fähigkeit, die markierungsfreie optische 3D-Absorptionsanisotropie durch die Abbildung einzelner Algenzellen in vivo zu visualisieren.

Die Studie mit dem Titel „Single Pixel Optical Volumetric Imaging by 3D Optical Field Illumination“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Tagungsband der National Academy of Sciences (PNAS).

Schematische Darstellung der 3D-SPI-Technologie. Bildnachweis: Foto über Liu Yifan

Vorteile von SPI

Single Pixel Imaging (SPI) hat sich zu einer attraktiven 3D-Bildgebungsmethode entwickelt. Mit Einzelpixel-Detektoren anstelle herkömmlicher Sensoren übertrifft die SPI-Leistung die herkömmliche Leistung in Bezug auf Spektralbereich, Erkennungseffizienz und Zeitverhalten. Darüber hinaus übertreffen Einzelzellenkameras herkömmliche Bildgebungsmethoden mit Einzelzellenkameras mit geringer Dichte.Photon Ebene, exakte Timing-Genauigkeit.

Herausforderungen und Erfolge

3D-SPI-Techniken basieren im Allgemeinen auf Flugzeit (TOF) oder Stereovision, um Tiefeninformationen zu extrahieren. Derzeitige Anwendungen können jedoch bestenfalls den Millimeterbereich erreichen, der nicht in der Lage ist, mikroskopische Objekte wie Zellen abzubilden.

Um die Grenzen der Genauigkeit zu erweitern, bauten die Forscher einen 3D-Prototyp – den LFI-SPM. Dadurch erreicht der Prototyp eine Abbildungsgröße von ~390 x 390 x 3.800 µm³ und eine Präzision von 2,7 µm horizontal und 37 µm axial. Sie machten ein 3D-Fotoshooting der Lebenden ohne die Aufkleber Kokken pluvialis Zellen und zählte erfolgreich lebende Zellen in situ.

Anwendungsmöglichkeiten

Wie erwartet kann dieser Ansatz zur Visualisierung unterschiedlicher Absorptionsanisotropien biologischer Proben angewendet werden. Mit der Fähigkeit, detaillierte Bilder zu erstellen, können Wissenschaftler in Zukunft möglicherweise die Morphologie und das Wachstum von Zellen vor Ort überwachen. Die Forschung öffnet die Tür für leistungsstarke 3D-SPI mit Anwendungen in der biomedizinischen Forschung und optischen Sensorik.

Referenz: „Einzelpixel optische volumetrische Bildgebung durch 3D-Lichtfeldbeleuchtung“ Von Yifan Liu, Panpan Yu, Yijing Wu, Jinghan Zhuang, Ziqiang Wang, Yinmei Li, Puxiang Lai, Jinyang Liang, Lei Gong, 24. Juli 2023, verfügbar Hier. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
doi: 10.1073/pnas.2304755120