激光粒子图像可以提供更清晰的组织

一种新的成像技术,在麻省理工学院的科学家研制出哈佛大学和麻省总医院(MGH)旨在阐明细胞结构在深层组织和其他密集的和不透明的材料。他们的方法使用嵌入材料的微粒,发出激光。

团队合成这些“激光粒子”形状的小筷子,每个测量的一小部分人类头发的宽度。粒子是由碘化铅钙钛矿材料,也用于太阳能电池板,这有效地吸收光和陷阱。当研究人员用激光粒子,粒子光,发出正常,分散荧光。但如果他们调整入射激光的力量在一定“激光阈值,粒子会立即产生激光。

带领的研究小组通过麻省理工学院的研究生Sangyeon曹,证明他们可以刺激粒子发射激光,创建图像分辨率比当前荧光技术的显微镜高出六倍。

”这意味着,如果一个荧光显微镜的分辨率设置在2微米,我们的技术会有300纳米分辨率——大约6倍比普通显微镜,”赵说。“我们的想法是非常简单但非常强大,可以在许多不同的成像应用程序很有用。”

曹和他的同事们在《物理评论快报》杂志上发表了他们的结果。他的合作者包括Seok Hyun Yun,哈佛大学教授;尼古拉·马蒂诺,哈佛大学研究员和MGH Wellman光医学中心;和Matjaž缘分,约瑟夫Stefan研究所研究员。这项研究是麻省理工大学的做的健康科学和技术。

一盏灯在黑暗中

当你发光手电筒在黑暗的房间里,光相对分散,朦胧的白光,代表一大堆不同的波长和颜色。形成鲜明对比的是,激光是一种尖锐地专注,特定频率的单色光束,和颜色。

在传统荧光显微镜,科学家可能注入的生物组织样本粒子荧光染料。然后点激光光束通过透镜引导光束通过组织,导致任何荧光粒子照亮道路。

但是这些粒子,如微型手电筒,产生一个相对模糊,模糊的光芒。如果这样的粒子发射更多的集中,高度光,他们可能深层组织和细胞产生更清晰的图像。近年来,研究人员已经开发出laser-light-emitting粒子,但赵的工作是第一个应用这些独特的粒子成像应用。

筷子激光

这个团队首先合成小6-micron-long纳米线从碘化铅钙钛矿,这种材料很好地捕获和集中的荧光灯。粒子的杆状几何——赵描述为“chopstick-like”——可以允许一个特定波长的光来回反弹沿着粒子的长度,产生驻波,或非常常规,集中模式,类似于激光。

然后研究人员建立了一个简单的光学设置,类似传统荧光显微镜,一束激光的泵浦光源,通过镜头,到一个样本包含激光粒子的平台。

在大多数情况下,研究人员发现,所产生的颗粒分散荧光激光刺激,类似传统的荧光染料,在低泵浦功率。然而,当他们调谐激光器的某一阈值,粒子明显亮了起来,散发出更多的激光。

赵说,新的光学技术,命名为激光粒子受激发射发出激光显微镜,可以用于图像特定的焦平面,或某一层的生物组织。理论上,他说,科学家们可以将一束激光射入一个三维的组织样本中嵌入与激光粒子,并利用透镜聚焦光束在一个特定的深度。只有那些粒子光束的焦点将吸收足够的光或能源打开激光本身。所有其它粒子路径的上游的梁应该吸收更少的能量,只发出荧光。

“我们可以收集所有这些受激发射,可以很容易区分激光和荧光灯使用光谱仪,”赵说。“我们预计这将是非常强大的,当应用于生物组织,通常在光散射,并摧毁了决议。但是如果我们使用激光粒子,它们将窄点发出激光。所以我们可以区分背景和可以实现良好的决议。”

朱利亚诺Scarcelli,马里兰大学的助理教授说,这项技术的成功将取决于成功实施标准荧光显微镜。一旦实现,激光成像的应用程序,他说,是有前途的。

“事实上,你有一个激光与荧光可能意味着你可以测量深入组织因为你有更高的信噪比,“Scarcelli说,他并没有参与这项工作。“我们需要看到在实践中,但另一方面,光学,我们没有深层组织成像的好方法。所以,任何关于这个主题的研究是一个受欢迎的除了。”

实现这一技术在活组织,曹说激光粒子必须不会引起排斥的,导致碘钙钛矿材料不是。然而,研究小组目前正在调查操纵细胞自身发光像激光的方法。

“我们的想法是,为什么不利用细胞内部光源?”赵说。“我们开始考虑这个问题。”

来源:

故事从麻省理工学院的。詹妮弗·楚写的原创作品。请注意:上面的内容可能是编辑,以确保其符合技术网络的风格和长度的指导方针。188金宝搏备用

参考:

曹,S。缘分,M。马蒂诺,N。& Yun, s . h (2016)。激光粒子受激发射显微镜。物理评论快报,117 (19)。doi:10.1103 / physrevlett.117.193902