Opbygning af billeder foton-for-foton for at øge informationsindholdet fra mikroskoper

Teknikken er enkel nok til at muliggøre histogramberegningen på det samme feltprogrammerbare gate-array (FPGA)-kort, der bruges til at styre mikroskopet og registrere det detekterede signal, hvilket forenkler mikroskoparkitekturen.

Takket være den unikke rumlige og tidsmæssige information leveret af SPAD-arraydetektoren, demonstrerede forfatterne kombinationen af ​​fluorescenslevetid (FL) målinger med ISM (FLISM). Ud over de konventionelle ISM-fordele muliggør den forbedrede SNR af FLISM-billederne en mere robust estimering af fluorescenslevetiden.

Rapporten sætter fokus på mikroskopets alsidighed ved at kombinere ISM og tidsopløste målinger med stimulated emission depletion (STED) mikroskopi ved hjælp af separation by lifetime tuning (SPLIT) teknik. Resultatet er et billede med forbedret lateral opløsning og kontrast opnået uden at ændre optagelsesskemaet. Derudover muliggør tidsopløste målinger multispecies-billeddannelse med en enkelt detektor for øget strukturel specificitet.

Systemet kan skelne mellem forskellige farvestoffer med deres fluorescenslevetidsværdier takket være faserepræsentationen af ​​fluorescensdynamik. Selv ved at bruge farvestoffer med lignende levetidsværdier og overlappende excitationsspektre, kan det skelne de forskellige fluoroforer ved hjælp af den pulserende interleaving-excitationsteknik.

Faktisk, ved at veksle excitationsimpulser af laser med forskellige farver, kodes den spektrale information effektivt ind i den tidsmæssige dimension. Takket være den fremragende tidsopløsning af det foreslåede mikroskop kan bidraget fra de to fluorescerende farvestoffer senere adskilles for at undgå krydstale.

Ifølge Giuseppe Vicidomini, hovedforsker ved Molecular Microscopy and Spectroscopy lab ved IIT og tilsvarende forfatter, "Resultaterne af dette arbejde tyder på, at fremtiden for laserscanningsmikroskopi er tæt forbundet med SPAD-arraydetektorer, der er i stand til at berige mikroskopidatasættet med yderligere rumlig og tidsmæssig information uden behov for at ændre den optiske arkitektur af et konfokalt mikroskop."

Arbejdet demonstrerer, at SPAD-arraydetektorer kombineret med et skræddersyet indsamlingssystem gør fotonopløst ISM let tilgængelig og anvendelig.

Flere oplysninger: Giorgio Tortarolo et al., Kompakt og effektivt fotonopløst billedscanningsmikroskop, Avanceret fotonik (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.1.016003

Leveret af SPIE