Ученые адаптируют астрономический метод, чтобы размыть микроскопические изображения

Команда, возглавляемая исследователями из исследовательского кампуса Джанелия при HHMI, адаптировала класс методов, используемых в астрономии, для устранения размытия изображений далеких галактик для использования в науках о жизни, предоставляя биологам более быстрый и дешевый способ получать более четкие и резкие микроскопические изображения. Результаты опубликованы в журнале Оптика.

Астрономы давно придумали, как сделать изображения далеких галактик, получаемые их телескопами, более четкими и четкими. Используя методы измерения того, как свет искажается атмосферой, они могут применять поправки, чтобы нейтрализовать аберрации.

Микроскописты адаптируют эти методы для получения более четких изображений толстых биологических образцов, которые также преломляют свет и создают искажения. Но эти методы — класс методов, называемых адаптивной оптикой — сложны, дороги и медленны, что делает их недоступными для многих лабораторий.

Теперь, в надежде сделать адаптивную оптику более доступной для биологов, группа под руководством исследователей из исследовательского кампуса Джанелия при HHMI обратила свое внимание на класс методов, называемых фазовым разнообразием, которые широко используются в астрономии, но являются новыми для наук о жизни.

Эти методы фазового разнесения добавляют дополнительные изображения с известными аберрациями к размытому изображению с неизвестной аберрацией, предоставляя достаточно дополнительной информации для устранения размытия исходного изображения. В отличие от многих других методов адаптивной оптики, фазовое разнесение не требует каких-либо серьезных изменений в системе визуализации, что делает его потенциально привлекательным способом для микроскопии.

Чтобы реализовать новый метод, команда сначала адаптировала астрономический алгоритм для использования в микроскопии и проверила его с помощью моделирования. Затем они построили микроскоп с деформируемым зеркалом, отражающую поверхность которого можно менять, и двумя дополнительными линзами — небольшими модификациями существующего микроскопа, создающими известную аберрацию. Они также улучшили программное обеспечение, используемое для коррекции фазового разнесения.

В качестве испытания своего нового метода команда продемонстрировала, что они могут калибровать деформируемое зеркало микроскопа в 100 раз быстрее, чем с помощью конкурирующих методов. Затем они показали, что новый метод может обнаруживать и корректировать случайно возникающие аберрации, обеспечивая более четкие изображения флуоресцентных шариков и фиксированных клеток.

Следующим шагом будет проверка метода на реальных образцах, включая живые клетки и ткани, и распространение его использования на более сложные микроскопы. Команда также надеется сделать метод более автоматизированным и простым в использовании. Они надеются, что новый метод, который быстрее и дешевле реализовать, чем нынешние методы, однажды сможет сделать адаптивную оптику доступной для большего числа лабораторий, помогая биологам видеть более четко, заглядывая глубоко внутрь тканей.