Specialfremstillet mikroskoplinse inspireret af fyrtårn

En optisk enhed, der ligner en miniaturiseret fyrlins, kan gøre det lettere at kigge ind i petriskåle og observere detaljer på biologiske processer på molekylært niveau, herunder kræftcellevækst. Udviklet af KAUST, det nye objektiv er også meget omkostningseffektivt.

Mange biobilledteknikker kræver, at fluorescerende farvestoffer tilsættes til specifikke cellemål. Men en nyligt udviklet metode kendt som stimuleret ramanspredning (SRS) mikroskopi kan undgå besværlige mærkningstrin ved at bruge laserpulser til at indsamle molekylære vibrationssignaler fra biologiske prøver. SRS-mikroskopers evne til at producere høj opløsning, ikke-invasive billeder med realtidshastigheder har fået forskerne til også at implementere dem til in vivo sygdomsdiagnostiske undersøgelser.

En ulempe ved SRS-mikroskoper, imidlertid, er, at detektionssystemet er påvirket af et baggrundssignal, kendt som krydsfasemodulation, som genereres af den intense interaktion mellem laserimpulser og prøverne.

"Dette baggrundssignal er allestedsnærværende og reducerer kontrasten under mikroskopisk observation af komplekse prøver, såsom levende celler, " forklarer Carlo Liberale fra KAUST. "Det gør det også svært at identificere målmolekyler."

For at undgå virkningerne af tværfasemodulation, de fleste SRS-mikroskoper skal bruge omfangsrige glasobjektiver, der er i stand til at opsamle vide lysvinkler. Imidlertid, denne slags linser er næsten umulige at passe ind i scenekopinkubatorerne, der bruges til at dyrke levende celler til bioimaging.

Andrea Bertoncini, en forsker i Liberales gruppe, ført i spidsen for at skabe et ultratyndt SRS-objektiv ved hjælp af laserbaseret tredimensionel (3-D) udskrivning. Med udgangspunkt i fyrtårnets slanke design, KAUST-teamet printede små linse- og spejllignende træk til en gennemsigtig polymer, der kun var en brøkdel af en millimeter tyk.

"Denne type linsedesign er en meget effektiv måde at indsamle og omdirigere lys, der kommer fra vidvinkelkilder, lige til vores laserdetektor, " siger Bertoncini. "Og da den er så tynd, det passer let ind i de lukkede kamre i en inkubator. "

Efter kalibreringsforsøg bekræftede, at deres nye linse kunne afvise krydsfasemodulationsbaggrunden, forskerne vendte blikket mod menneskelige kræftceller dyrket i en konventionel petriskål. Disse eksperimenter afslørede, at linsen kunne afbilde cellens indre komponenter med opløsning svarende til konventionelle SRS-mikroskoper, men i et meget mere bekvemt og billigere format.

"De mål, vi normalt bruger til at indsamle SRS -mikroskopsignaler, koster et par tusinde dollars, "siger Bertoncini." Nu har vi et objektiv med lignende fordele, som vi kan producere for mindre end en tiendedel af den pris. "