En multimodal ny objektivfri mikroskopiteknologi til medicinske anvendelser

Dagens avancerede analyse af biologiske prøver ved lysmikroskopi omfatter en bred vifte af teknikker lige fra konventionel lysfeltmikroskopi og fasekontrastmikroskopi til højopløsnings konfokal laserscanningsmikroskopi og til nyligt udviklede superopløsningsmikroskopiteknikker som stimuleret emissionsudtømning (STED) eller stokastisk optisk rekonstruktionsmikroskopi (STORM), som ophæver Abbes grænse for diffraktion.

På trods af tilgængeligheden af ​​disse sofistikerede, super opløsningsteknikker, reproducerbar visualisering af celler og identifikation af subcellulære strukturer i biologiske prøver kræver stadig farvning med farvestoffer eller immunmærkning med antistoffer mod specifikke cellulære antigener.

Generelt, in vitro-observation af levende celler kan give værdifuld indsigt i deres struktur og dynamik, herunder organellernes organisering og transduktion af kemiske signaler involveret i celle-celle- og celle-matrix-interaktioner. Desværre, der er en begrænset anvendelse til langsigtet in vitro-billeddannelse, da de fleste højopløsningsmikroskopiteknologier kræver behandlet/fikseret væv eller celler. Da både optisk mikroskopi med høj opløsning og fluorescensbilleddannelse normalt kræver meget dygtige brugere, dyrt udstyr og vedligeholdelse, den præsenterede nye digitale in-line holografiske mikroskopi (DIHM) in vitro billedbehandlingsteknologi åbner et stort område af applikationer for standardbrugere. Dette analytiske optiske system giver hurtige og reproducerbare resultater til lave omkostninger. I øvrigt, det annullerer nødvendigheden af ​​henvisning til specialiserede laboratorier og er let implementeret som et diagnostisk værktøj for læger (almen praktiserende læger og specialister).

DIHM er baseret på den numeriske rekonstruktion af et digitalt registreret hologram. Det giver mulighed for erhvervelse af begge, amplitude- og faseinformationen af ​​en bølgefront formet af den mikroskopiske prøve. Fordelen ved DIHM ligger i enkelheden ved opsætningen:mikroskopet består af en lysemitterende diode (LED) som en belysningskilde, passende filtrering til sammenhængsforbedring og en billedsensor. Den omfattende databehandlingsalgoritme transformerer de optagede hologrammer til et mikroskopbillede ved vinkelspektrumtilgang og digital filtrering. Generelt, opløsningen af ​​et sådant mikroskop er stærkt påvirket af den rumlige kohærenslængde af belysningen, som kan forbedres ved at reducere emissionsområdet, enten ved at skære en del af bølgefronten med pinhullet eller ved hjælp af en punktlignende nanoLED. De nanoLED-arrays, der er udviklet inden for EU's Horizon 2020-program ChipScope-projektet, vil tillade forbedring af billedopløsningen, der er kompatibel med den konventionelle optiske mikroskopi.

Linseløst DIHM mikroskop

Denne kendsgerning gør linseløs mikroskopi til et ideelt værktøj til medicinsk diagnose i fjerntliggende områder, da det ikke er nødvendigt for lægen at bringe og vedligeholde store, tunge og følsomme analyseudstyr. En simpel bærbar computer og en kuffertstørrelse linseløs mikroskopsamling er nok til - for eksempel - at stille en parasitdiagnose ud fra kropsvæskeprøver (f.eks. Malaria, Amøbe osv.). Den robuste konstruktion muliggør en hurtig, pålidelig og automatiseret analyse af prøven ved at kombinere ikke kun lysmikroskopi med høj opløsning, men også ved at implementere moderne analyseteknikker baseret på påvisning af ændringer i humant DNA, identifikation af virale genomer og immunologisk karakterisering i én enhed.

For at give den højeste lysfølsomhed og optiske opløsning, systemet er udstyret med et normalt gråtonekamera til at fungere i en multi-celle billeddannelseslysfelttilstand. Dette nye linseløse mikroskop er udstyret med et mikrofluidisk flowkanalsystem til håndtering af levende celler og billeddannelse.