Los investigadores de los Institutos Nacionales de Salud y de la Universidad de Chicago mejoraron la velocidad, la resolución y la eficiencia de la luz de un microscopio óptico al cambiar de un cubreobjetos de vidrio convencional a un cubreobjetos reflectante y reflejado y aplicar nuevos algoritmos informáticos para procesar los datos resultantes.
Hari Shroff, Ph.D., jefe de la sección de laboratorio del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería en Imágenes Ópticas de Alta Resolución HROI, y su equipo ha pasado los últimos años desarrollando microscopios ópticos que producen imágenes de alta resolución a muyalta velocidad. Después de que su laboratorio desarrolla estos nuevos microscopios, lanzan los planes y el software de forma gratuita, por lo que cualquier investigador puede replicar los avances realizados en NIH.
Este último microscopio se basa en mejoras anteriores que el laboratorio de Shroff había realizado con microscopía de iluminación de plano selectivo SPIM. Los desarrollos se describen en un documento publicado el 13 de noviembre de 2017, en la edición en línea anticipada de Comunicaciones de la naturaleza . Los sistemas SPIM difieren de los microscopios tradicionales porque usan láminas de luz para excitar la muestra, exponiendo solo el plano de la muestra a la luz. Debido a que solo la porción de la muestra que se está fotografiando en lugar de la muestra completa está expuesta a la luz, allíes menos daño general a la muestra. Por lo tanto, los sistemas SPIM son más suaves que los microscopios tradicionales.
En 2013, Shroff y su colega en el laboratorio HROI, Yicong Wu, desarrollaron el diSPIM, un sistema SPIM equipado con dos lentes para obtener dos vistas de la muestra en lugar de solo una. Así como usar dos ojos proporciona mucho mejorProfundidad y percepción tridimensional que el uso de un solo ojo, el microscopio de doble vista permite imágenes en 3D con mucha mayor claridad y resolución que las imágenes tradicionales de una sola vista. En 2016, agregaron una tercera lente, lo que demuestra que esta vista adicional puedemejorar la eficiencia de la luz y la resolución en imágenes en 3D
"Una vez que incorporamos tres lentes, descubrimos que era cada vez más difícil agregar más", dijo Shroff. "No porque alcanzamos el límite de nuestras habilidades computacionales, sino porque nos quedamos sin espacio físico".
Las lentes utilizadas para obtener imágenes de las muestras son voluminosas y deben estar cerca de las muestras para obtener una imagen clara de la estructura subcelular detallada dentro de una sola célula o el desarrollo neuronal dentro de un embrión de gusano. El espacio alrededor de la muestra se vuelve cada vez más limitado concada lente adicional.
La solución de Wu y Shroff fue conceptualmente simple y de costo relativamente bajo. En lugar de tratar de encontrar formas de introducir más lentes, usan cubreobjetos con espejo.
"Es muy parecido a mirarse en un espejo", explicó Shroff. "Si miras una escena en un espejo, puedes ver perspectivas que de otro modo estarían ocultas. Usamos este mismo principio con el microscopio. Podemos ver la muestrautilizando convencionalmente las vistas habituales habilitadas por los propios lentes, mientras que al mismo tiempo graba las imágenes reflejadas de la muestra proporcionada por el espejo ".
Una complicación es que tanto las vistas convencionales como las reflejadas contienen un fondo no deseado generado por la fuente de luz. Para abordar este problema, Wu y Shroff colaboraron estrechamente con el grupo de Patrick La Riviere en la Universidad de Chicago. La Riviere es unexperto en imágenes computacionales, y ayudó al equipo a crear software de procesamiento informático que puede identificar y eliminar el fondo no deseado y aclarar la imagen.
Utilizando los cubreobjetos reflejados junto con el software de la computadora, el equipo pudo mejorar la velocidad dos veces y casi duplicar la resolución en comparación con los sistemas diSPIM convencionales sin cambiar el hardware del microscopio. Un beneficio adicional de la técnica esque con cubreobjetos espejados, el microscopio puede recolectar más luz de la muestra sin aumentar la exposición general a la luz de la muestra. Como resultado, aumenta la eficiencia de dos a tres veces en comparación con diSPIM. Los investigadores esperan que en el futuroEsta técnica puede adaptarse a otras formas de microscopía.
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Materiales proporcionado por NIH / Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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