Zespół badawczy kierowany przez profesora Uniwersytetu we Fryburgu Alexandra Rohrbacha
Laser obraca się wokół badanego obiektu pod różnymi kątami 100 razy na sekundę. Co dziesięć ms tworzony jest obraz o ultrawysokiej rozdzielczości w oparciu o rozproszone światło.
Źródło: Rohrbach, Uniwersytet we Fryburgu
„Wykorzystujemy kilka zjawisk fizycznych,znany z życia codziennego – mówi Rohrbach. „Przede wszystkim fakt, że małe obiekty, takie jak cząsteczki, wirusy lub struktury komórkowe, najbardziej rozpraszają niebieskie światło”.
Ta specyfika drobnych przedmiotów, jak zauważononaukowców, łatwo to pokazać na przykładzie nieba. Cząsteczki powietrza najbardziej rozpraszają niebieską część widma słonecznego, dlatego niebo w ciągu dnia wydaje nam się niebieskie. W kontekście mikroskopii, według autorów opracowania, małe obiekty rozpraszają i kierują do kamery około dziesięciokrotnie więcej cząstek światła niebieskiego niż cząstek światła czerwonego.
Druga funkcja, również zapożyczona zświecie rzeczywistym, kąt nachylenia wiązki światła skierowanej w stronę badanego obiektu stał się bardzo niski. Naukowcy twierdzą, że obrazy cząstek stają się wyraźniejsze, gdy wiązka lasera jest pochylona do płaszczyzny obiektu, podobnie jak odciski palców są lepiej widoczne na szkle, gdy patrzy się na nie pod kątem światła.
Ponadto naukowcy oświetlają obiekt ukośną wiązką laserową sekwencyjnie ze wszystkich stron, aby uniknąć ewentualnych zniekształceń i artefaktów.
ROCS wykorzystuje niebieskie, skolimowane, obracające się światło laserowepod skośnymi kątami, aby utworzyć obrazy w ciągu 10 ms. W związku z tym, rozproszone wstecznie światło laserowe tworzy superrozdzielczy obraz w aparacie w ciągu 10 ms poprzez proste zsumowanie spójnych obrazów (lewa część filmu). Po prawej: tworzenie obrazu z 700x slowmo pic.twitter.com/JBcfBLfSec
— Alexander Rohrbach (@AlexRohrbach09) 3 stycznia 2022 r
Po lewej - pojedyncze zdjęcia, po prawej - całościowy obraz.
Badacze demonstrują pracęmikroskop na różnych systemach komórkowych. Na przykład naukowcy byli w stanie sfilmować, jak stymulowane komórki tuczne otwierają małe pory w ciągu zaledwie kilku milisekund, aby wystrzelić kuliste granulki z niewytłumaczalnie dużą siłą i szybkością. Granulki zawierają przekaźnikową histaminę, która z kolei może prowadzić do reakcji alergicznych.
W innych eksperymentach naukowcy byli w stanie zaobserwowaćwiele tysięcy zdjęć pokazujących, jak filopodia — długie, nitkowate „palce” makrofagów — skanują środowisko w poszukiwaniu ofiar w złożonym, drżącym ruchu i jak ich cytoszkielet może zmieniać się w nieznanym wcześniej tempie.
Niesamowite, jak szybkie są wirusopodobne cząstki (100 nm, n=1,4), jak próbują znaleźć najlepszy punkt wiązania w komórkach (100 Hz mikroskopia ROCS, 5x slomo) pic.twitter.com/04yGMyWSkQ
— Alexander Rohrbach (@AlexRohrbach09) 2 stycznia 2022 r
Cząsteczki wirusopodobne próbują dostać się do komórki
„Naszym głównym celem nie było tworzenie pięknych obrazów lub filmów o nieoczekiwanie wysokiej dynamice komórek – chcieliśmy zdobyć nową wiedzę biologiczną” – mówi Rohrbach.
Czytaj więcej:
MIT tworzy stacjonarny silnik cieplny, który przewyższa turbiny
Po dziesięciu latach pracy naukowcy zakwestionowali standardowy model fizyki
Zobacz, jak wygląda wschód słońca na Marsie