Mokslo ir technologijų pasaulis

UCLA mokslininkai pakeitė supratimą apie mikroskopą, pašalino lęšius ir sukūrė nedidelių matmenų sistemą, kuri telpa į delną. Sistema yra pakankamai galinga, kad būtų galima kurti trimačius mažyčių objektų vaizdus.

Išradimas, aprašytas žurnale „Proceedings of the National Academy of Sciences“, pirmą kartą pademonstravo neturintį lęšių optinį tomografinį vaizdavimą ant lusto. Tai metodas galintis gauti didelės skiriamosios gebos mikroskopinių objektų 3D vaizdus.

„Šis tyrimas aiškiai rodo lęšių nenaudojančios skaitmeninės mikroskopijos galimybes, – pasakė Aidoganas Ozkenas, kuris yra vienas iš tyrimų autorių bei asocijuotas UCLA profesorius. – Nuostabūs pasiekimai buvo atlikti paskutiniaisiais metais tobulinant gyvybės mokslų įrankius, naudojant mikrofluidines ir lustinių laboratorijų (angl. lab-on-a-chip) technologijas, tačiau iki šiol optinė mikroskopija nesugebėjo žengti koja kojon su miniatiūrizavimo tendencija“.

Optinės vaizdavimo sistemos, kurios yra pakankamai mažos, kad tilptų ant optoelektroninio lusto, suteikia didelės naudos. Dėl atlikto automatizavimo lusto sistemose mokslininkų darbas gali būti žymiai pagreitintas. Sistemos pagreitinimas yra svarbus tiriant gyvų organizmų ląsteles ar kitus biologinius objektus. Įrenginio žema kaina yra dar viena nauda susijusi su įrenginio mažumu.

Optinis mikroskopas buvo atrastas prieš keturis šimtus metų ir jo konstrukcija vis didėjo ir darėsi vis sudėtingesnė, siekiant gauti kuo mažesnių objektų vaizdus su didesne skiriamąja geba. Norėdami išspręsti miniatiūrizavimo optinių mikroskopų problemą, Ozkeno grupė, kurią sudarė Vahebas Bišaras (Waheb Bishara) ir studentas Serhanas Isikmanas (Serhan Isikman), sukūrė naują tomografinio mikroskopo sistemą. Mokslininkai sukūrė ir keletą metų tobulino lęšių nenaudojantį vaizdavimo metodą.

Ozkenas palygino tradicinį optinį mikroskopą su didžiuliu vamzdelių rinkiniu, kuris vaizdą atgabena vartotojui. Per daugelį optinio mikroskopo vystymo metų buvo susidurta su problema, kuri pastojo kelią tolimesniam progresui. Išsprendus vieną problemą, kita problema neleisdavo pirmajai būti realizuotai. Pasak Ozkeno, viskas daug lengviau ėjosi su lęšių nenaudojančiomis sistemomis. „Lęšių nenaudojanti sistema pašalina visus vamzdelius mikroskope ir naudojamas visiškai naujas dizainas“, – pasakė jis.

Sistemoje išnaudojamas faktas, kad organinės struktūros, tokios kaip ląstelės, yra dalinai permatomos. Todėl apšvietus ląstelę šviesa, atsiradę šešėliai ne tik apibrėžia ląstelės kontūrus, bet ir vidinės struktūros detales. „Šios detalės gali būti registruojamos bei toliau analizuojamos naudojant skaitmeninių jutiklių sistemą, – pasakė Isikmanas. – Tokio proceso galutinis rezultatas yra objekto vaizdas, gautas nenaudojant lęšių“.

Ozkenas numato, kad ši lęšių nenaudojanti vaizdavimo sistema galėtų papildyti lustinių laboratorijų platformą. Ji, iš principo, galėtų tilpti po mikrofluidiniu lustu, kuris naudojamas manipuliavimui atlikti bei tiksliai valdyti submilimetrinių matmenų biologinius pavyzdėlius ir skysčius. Abu prietaisai veiktų kartu – pritaikius mikrofluidinį lustą biologinis pavyzdėlis būtų patalpinamas, o paskui pašalinamas nuo lęšių nenaudojančios sistemos.

Trimačiai vaizdai sistemoje gaunami sukant šviesos šaltinį ir apšviečiant nagrinėjamą objektą įvairiais kampais. Objekto stebėjimas įvairiais kampais leidžia turimai sistemai pritaikyti tomografiją, kuri yra galingas vaizdavimo metodas. Naudodama tomografiją sistema gauna didelės skiriamosios gebos trimačius vaizdus.

„Lęšių pagrindu veikiančių mikroskopų objekto matomumo sritis yra ribota, nes lęšiai fokusuojasi labai siauroje nagrinėjamo pavyzdėlio srityje, – pasakė Bišaras. – Lęšių nenaudojanti sistema kartu pasižymi ir žymiai didesne matomumo sritimi, ir didesniu prasiskverbimo gyliu į nagrinėjamą objektą, nes vaizdas gaunamas dideliu skaitmeninių jutiklių skaičiumi. Vaizdo gavimo neriboja lęšiai“.