Němečtí a norští fyzici vyvinuli optický čip, který umožní i konvenčnímu mikroskopu práci v řádu nanometrů. Nanoskopie by se tak mohla otevřít daleko většímu počtu badatelů. Čip je totiž možné vyrábět ve velkém a jeho pořizovací cena by neměla být vysoká.
Nanoskopie, jinak také mikroskopie se super vysokým rozlišením (super-resolution microscopy), dovoluje vědcům pozorovat objekty, které jsou menší, než je difrakční limit (tj. přibližně polovina vlnové délky viditelného světla), a pořizovat snímky s rozlišovací schopností 20 – 30 nm, což je přibližně o desetkrát lepší rozlišení, než jaké mají normální mikroskopy. Technologie má důležité aplikace v biologickém a lékařském výzkumu, protože poskytuje nový pohled na některé nemoci a zpřesňuje lékařskou diagnostiku.
Rozlišovací schopnost standardní optické mikroskopie je v základě limitována difrakční bariérou světla, která ji pro viditelné světlo omezuje na 200 – 300 nm. Řada struktur, zvláště těch biologických, má však rozměry menší, než je tento difrakční limit. Nový prvek se super-rozlišením umožní vědcům nahlédnout do vnitřku buněk, a tak lépe porozumět jejich dynamice.
V praxi se dosud využívá několika různých nanoskopických technik založených na fluorescenčních barvivech, které označují molekuly zobrazovaného vzorku. Speciální mikroskopy osvětlují jednotlivé fluorescenční molekuly a umožňují určit jejich polohu s přesností nanometrů. Problém těchto technologií je však v tom, že vyžadují drahé a složité zařízení a kvalifikované pracovníky, kteří takové zařízení dokáží obsluhovat.
Aby se vyhnuli těmto těžkostem, zvolili teď vědci obrácený postup. Namísto složitého mikroskopu s jednoduchým sklíčkem, na kterém je upevněn vzorek, používají jednoduchý mikroskop se složitějším, ale snadno masově vyrobitelným optickým čipem, který drží a osvětluje vzorek. Nový fotonický čip má obrovskou výhodu v tom, že může být namontován na jakýkoliv jednoduchý mikroskop, z něhož se tak rázem stává optický nanoskop.
Čip je v podstatě vlnovod. Mikroskop, který jím je vybavený, nemusí mít zdroj světla, jenž má za úkol excitovat fluorescenční molekuly. Čip sestává z pěti 25 – 500 mikrometrů širokých kanálů vyleptaných v kombinaci materiálů, které způsobují totální vnitřní odraz světla. Osvětlován je dvěma pevnolátkovými lasery, které jsou s čipem spojeny čočkami nebo vlákny s čočkami. Světlo dvou vlnových délek je přesně lokalizováno v kanálech a osvětluje vzorek, který je umístěn na vrcholu čipu. Na mikroskopu je namontována kamera snímající výsledný fluorescenční signál. Získané údaje se pak použijí ke konstrukci obrázku vzorku s vysokým rozlišením.
Fyzici prověřili účinnost čipu při zobrazení jaterních buněk. Prokázali, že zorné pole 0,5 x 0,5 mm je možno zobrazit s rozlišením kolem 340 nm za méně než půl minuty. To je dostatečná rychlost k tomu, aby mohly být zachyceny pochody v živé buňce. Na úkor nižší rychlosti lze dosáhnout ještě vyšší rozlišovací schopnosti. Při zobrazovací době 30 min. se dosáhne rozlišení 140 nm. Pro rozlišení 50 nm, které je tímto čipem také dosažitelné, jsou ale potřeba čočky s větším zvětšením, a tím se zmenší oblast na přibližně 150 nm.
Super a vysoké rozlišení
(vpravo a uprostřed) dosažené použitím optického čipu v porovnání se
standardním rozlišením (vlevo; foto: Bielefeld University / Robin
Diekmann)
Výhodou používání fotonického čipu pro nanoskopii je to, že odděluje dráhy světla pro osvětlení a pro detekci, a vlnovod generuje osvětlení na velkém zorném poli. To umožňuje získat obrázky s vysokým rozlišením na ploše stokrát větší než ostatní techniky. A do takového zorného pole se vejde až 50 živých buněk.
Nová technologie přináší do optické nanoskopie zásadní posun. K zobrazování nebudou mít přístup jen vysoce specializované laboratoře, vědci po celém světě budou moci změnit standardní mikroskopy na nanoskopy se super-rozlišovací schopností pouze použitím optického čipu s vlnovody. Nanoskopie tak bude za velmi nízkou cenu přístupná každému.
Původní materiál byl uveřejněn v Nature Photonics.
Mohlo by vás zajímat:
Detektor
Majorana dostal zelenou
Odkud
berou hurikány zásoby vody?
Magnetická
navigace včel
Experimenty
potvrzují existenci solitonových molekul