Новая технология, вдохновленная конструкцией космического телескопа Джеймса Уэбба, использует зеркальные сегменты для сортировки и сбора света в микроскопическом масштабе и позволяет получать изображения молекул в зависимости от их 3D положения и 3D ориентации.
Исследователи разработали новую технологию, позволяющую наблюдать за малыми молекулами в 6D. Вдохновленная конструкцией космического телескопа Джеймса Вебба (JWST), новейшая разработка использует зеркальные сегменты для сортировки и сбора света в масштабах микроскопа и позволяет получать трехмерные положения и 3D ориентацию одиночных молекул.
Микроскопический мир
Объекты нашего мира, начиная от мельчайших субатомных частиц и заканчивая Вселенной, отличаются просто невероятным разнообразием размеров. С помощью микроскопов мы можем непосредственно наблюдать за некоторыми объектами и процессами, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.
Благодаря микроскопам мы смогли совершить большой рывок в познании мира. Однако размер биологических молекул так ничтожен, что только самые мощные электронные микроскопы могут получить нечеткие, зернистые изображения. Именно поэтому точная визуализация в большей степени зависит от компьютерной обработки, позволяющей откорректировать ориентацию после получения изображения.
«Попробуйте создать цветное изображение, когда у вас есть только датчики серошкальной камеры. Можно попытаться воссоздать цвет с помощью вычислительной техники, а можно непосредственно измерить его с помощью датчика, который использует различные абсорбирующие фильтры для определения цвета», — говорит Мэтью Лью, профессор электротехники и системной инженерии в школе McKelvey School of Engineering при Вашингтонском университете в Сент-Луисе.
Новый микроскоп позволяет наблюдать молекулы в 6D
Теперь исследователи из Инженерной школы МакКелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе разработали новый микроскоп. Он называется Radially & Azimuthally Polarized Multi-view Reflector (raMVR). Принцип работы микроскопа заключается в накоплении максимально возможного количества света, подобно телескопу Джеймса Уэбба. Но вместо наблюдения за удаленными объектами новая технология использует излучение для обнаружения различных характеристик небольших молекул, связанных с белками или клеточными мембранами.
«Наша технология отчасти вдохновлена телескопами. Это очень похожая конструкция. Только вместо привычной сотовой формы JWST мы используем зеркала в форме пирамиды», — говорит Чжан, доктор наук и автор проекта.
Микроскоп raMVR может использоваться для получения изображений трехмерного (3D) позиционирования и трехмерной ориентации отдельных молекул с точностью 10,9 нм и 2,0° в диапазоне глубины 1,5 мкм. Разрешающая способность нового устройства более чем в 1,5 раза превосходит самые современные технологии.
Микроскоп raMVR использует поляризационную оптику, называемую волновыми пластинами, вместе с пирамидообразными зеркалами для разделения света на восемь каналов, каждый из которых представляет собой отдельный фрагмент положения и ориентации молекулы.
Исследователи обращают внимание на то, что новый микроскоп raMVR не отличается малыми размерами. Но ведь маленький прибор не обязательно будет работать лучше.
«Находясь на переднем крае инженерной физики, мы часто вынуждены идти на компромиссы, чтобы сделать наши приборы компактными. В данном случае мы решили пойти другим путем. Почему бы нам не использовать каждый драгоценный бит света для проведения максимально точных измерений? Думать по-новому об архитектуре микроскопа очень интересно, и мы считаем, что новые возможности визуализации в 6D позволят совершить новые научные открытия в самое ближайшее время», — сказал профессор Мэтью Лью.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photon
Источник overclockers
