Wissenschaftler passen Astronomie-Methode an, um Mikroskopie-Bilder schärfer zu machen

Neue Methode für klarere Bilder von dicken biologischen Proben

14.06.2024
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Symbolbild

Astronomen haben schon vor langer Zeit herausgefunden, wie sie die Bilder, die ihre Teleskope von weit entfernten Galaxien aufnehmen, klarer und schärfer machen können. Mit Hilfe von Techniken, die messen, wie das Licht durch die Atmosphäre verzerrt wird, können sie Korrekturen vornehmen, um Abbildungsfehler auszugleichen.

Mikroskopiker haben diese Methoden angepasst, um klarere Bilder von dicken biologischen Proben zu erzeugen, die das Licht ebenfalls biegen und Verzerrungen verursachen. Aber diese Techniken - eine Klasse von Methoden, die als adaptive Optik bezeichnet wird - sind komplex, teuer und langsam, so dass sie für viele Labors unerschwinglich sind.

In der Hoffnung, die adaptive Optik für Biologen zugänglicher zu machen, hat sich ein Team unter der Leitung von Forschern des Janelia Research Campus des HHMI einer Klasse von Techniken zugewandt, die als Phasendiversität bezeichnet wird und in der Astronomie weit verbreitet ist, aber für die Biowissenschaften neu ist.

Bei diesen Phasendiversitätsverfahren werden einem unscharfen Bild mit einer unbekannten Aberration zusätzliche Bilder mit bekannten Aberrationen hinzugefügt, die genügend zusätzliche Informationen liefern, um das ursprüngliche Bild zu schärfen. Im Gegensatz zu vielen anderen Techniken der adaptiven Optik erfordert die Phasendiversität keine größeren Änderungen an einem Bildgebungssystem, was sie zu einem potenziell attraktiven Weg für die Mikroskopie macht.

Um die neue Methode zu implementieren, passte das Team zunächst den Astronomie-Algorithmus für den Einsatz in der Mikroskopie an und validierte ihn mit Simulationen. Anschließend bauten sie ein Mikroskop mit einem verformbaren Spiegel, dessen reflektierende Oberfläche verändert werden kann, und zwei zusätzlichen Linsen - geringfügige Änderungen an einem bestehenden Mikroskop, die die bekannte Aberration erzeugen. Außerdem verbesserten sie die Software, mit der sie die Phasendifferenzkorrektur durchführen.

Als Test für ihre neue Methode zeigte das Team, dass sie den verformbaren Spiegel des Mikroskops 100 Mal schneller kalibrieren konnten als mit konkurrierenden Methoden. Als Nächstes zeigten sie, dass die neue Methode zufällig erzeugte Aberrationen erkennen und korrigieren kann und klarere Bilder von fluoreszierenden Kügelchen und fixierten Zellen liefert.

Der nächste Schritt besteht darin, die Methode an realen Proben, einschließlich lebender Zellen und Gewebe, zu testen und ihre Anwendung auf komplexere Mikroskope auszuweiten. Das Team hofft auch, die Methode automatisieren und einfacher anwenden zu können. Das Team hofft, dass die neue Methode, die schneller und billiger zu implementieren ist als die derzeitigen Techniken, eines Tages mehr Labors Zugang zur adaptiven Optik verschaffen und Biologen helfen könnte, beim Blick in das Innere von Geweben klarer zu sehen.

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