Single realisieren

24. August 2023

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von der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Gong Lei von der University of Science and Technology (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und seinen Mitarbeitern entwickelte einen dreidimensionalen Einzelpixel-Bildgebungsansatz (3D-SPI), der auf 3D-Licht basiert. Feldbeleuchtung (3D-LFI), die eine volumetrische Abbildung mikroskopischer Objekte mit einer optischen 3D-Auflösung nahe der Beugungsgrenze ermöglicht.

Darüber hinaus demonstrierten sie ihre Fähigkeit zur 3D-Visualisierung des markierungsfreien optischen Absorptionskontrasts durch die Abbildung einzelner Algenzellen in vivo. Die Studie mit dem Titel „Optical Single-Pixel Volumetric Imaging by Three-dimensional Light-Field Illumination“ wurde in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

SPI hat sich zu einer attraktiven 3D-Bildgebungsmodalität entwickelt. Durch Einzelpixel-Detektoren anstelle herkömmlicher Array-Sensoren übertrifft die Leistung von SPI die herkömmlicher Detektoren in Bezug auf Spektralbereich, Erkennungseffizienz und Zeitverhalten. Darüber hinaus übertreffen die Einzelzellenkameras herkömmliche Bildgebungsmethoden bei schwacher Intensität, Einzelphotonenebene und präziser Zeitauflösung.

3D-SPI-Techniken basieren im Allgemeinen auf Flugzeit (TOF) oder Stereovision, um Tiefeninformationen zu extrahieren. Bestehende Implementierungen können jedoch bestenfalls einen Millimeterbereich erreichen, der nicht in der Lage ist, mikroskopische Objekte wie Zellen abzubilden.

Um die Auflösungsbeschränkung zu überschreiten, bauten die Forscher einen 3D-LFI-SPM-Prototyp. Dadurch erreicht der Prototyp ein Abbildungsvolumen von ~390×390×3.800 μm3 und eine Auflösung von bis zu 2,7 μm lateral und 37 μm axial. Sie führten eine markierungsfreie 3D-Bildgebung lebender Haematococcus pluvialis-Zellen durch und zählten die lebenden Zellen erfolgreich in situ.

Vorhersehbarerweise kann der Ansatz zur Visualisierung verschiedener Absorptionskontraste biologischer Proben angewendet werden. Mit der Fähigkeit zur tiefenaufgelösten Bildgebung könnten Wissenschaftler in Zukunft möglicherweise in der Lage sein, die Zellmorphologie und das Zellwachstum in situ zu überwachen. Die Forschung öffnet die Tür zu leistungsstarkem 3D-SPI mit Anwendungen in der biomedizinischen Forschung und optischen Sensorik.

Mehr Informationen: Yifan Liu et al., Optische volumetrische Einzelpixelbildgebung durch dreidimensionale Lichtfeldbeleuchtung, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2304755120

Zeitschrifteninformationen:Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften

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