新型低成本多模式无透镜显微技术可用于生物样品分析中

尽管有如此多的复杂且超高分辨率技术可供研究人员使用,但是在实际的生物样品分析中,仍面临许多难题。

  如今,通过光学显微镜对生物样品进行分析有诸多可用的技术,比如常规的明场显微镜和相衬显微镜以及高分辨率共聚焦激光扫描显微镜,还有最近较流行的超分辨率显微镜技术(如受激发射损耗),再如(STED)或随机光学重建显微镜(STORM)等多种技术,这些技术都能在分析过程中消除阿贝的衍射极限。

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  不过,尽管有如此多的复杂且超高分辨率技术可供研究人员使用,但是在实际的生物样品分析中,仍面临许多难题。首先,在生物样品中进行可重现的细胞可视化和亚细胞结构鉴定过程中,研究人员需要使用染料染色或通过特定细胞抗原的抗体进行免疫标记,这一过程会使细胞深度可视化变得困难,也会影响分析结果。

  其次,一般来讲,对活细胞进行体外观察可以获取关于细胞的结构和动力学的有用见解,比如关于细胞器的组织以及涉及“细胞-细胞”和“细胞-基质”相互作用的化学信号的转导过程。只是不幸的是,由于大多数高分辨率显微镜技术需要处理固定的组织或细胞,那么长期使用体外成像技术所获得的分析结果的用途及意义就有限。最后,高分辨率光学显微镜和荧光成像通常都需要昂贵的设备支撑和维护支持费用,因此普通用户根本无法将其纳入到消费范围。

       那么在此困境之下,近日研究人员提出的新型数字在线全息显微镜(DIHM)体外成像技术就为普通用户打开了广阔的应用领域,这种分析光学系统不但能以低成本提供快速且可重复的结果,成为医生(普通从业人员和专家)的专业诊断工具,而且还拥有其他优势。

  一方面,DIHM基于数字记录的全息图的数值重建,它可以获取由显微样品整形的波前的幅度和相位信息。另一方面,DIHM安装简单,使用方便:显微镜由发光二极管(LED)和图像传感器组成,LED作为照明源,利用适当的滤波以增强相干性;全面的数据处理算法通过角谱方法和数字滤波将记录的全息图转换为显微镜图像。一般情况下,这种显微镜的分辨率会受到照明的空间相干长度的强烈影响,可以通过减小发射面积(通过用针孔切掉一部分波阵面或使用点光源来减小)来增强分辨率。

       另外,为了提供最高的光灵敏度和光学分辨率,该系统配备了普通的灰度相机,可以在多单元成像的明场模式下工作,这款新颖的无透镜显微镜还配备了微流控通道系统,用于处理活细胞和成像。

  DIHM的以上优势使得它成为无透镜显微镜的理想工具,比如在偏远地区的医疗诊断,因为没有条件为医生提供并维护大型、重型和敏感的分析设备,那么一个简单的笔记本电脑和一个手提箱大小的无透镜显微镜组件就足以进行疾病诊断,如从体液样本(例如疟疾、变形虫等)进行寄生虫诊断。同时,DIHM坚固的结构不仅可以结合高分辨率光学显微镜发挥作用,而且还可以检测人类DNA的变化,识别病毒基因组和进行免疫学表征,结合现代分析技术,实现对标本的快速、可靠和自动化的分析。

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