Las imágenes de fase cuantitativa revelan más detalles que las imágenes de microscopía clásicas. La técnica KAUST captura imágenes de campo claro (arriba) e imágenes de fase (abajo) en una sola medición. Crédito:KAUST
Los microscopios han estado en el centro de muchos de los avances más importantes en biología durante muchos siglos. Ahora, Los investigadores de KAUST han demostrado cómo se puede adaptar un microscopio estándar para proporcionar aún más información.
En su forma más simple, La microscopía crea una imagen de un objeto midiendo la intensidad de la luz que lo atraviesa. Esto requiere una muestra que dispersa y absorbe la luz de diferentes formas. Muchas células vivas sin embargo, absorben muy poca luz visible, lo que significa que solo hay una pequeña diferencia entre las regiones claras y oscuras, conocido como el contraste. Esto dificulta ver los detalles más finos.
Pero la luz que atraviesa la muestra cambia no solo su intensidad, pero también su fase:el tiempo relativo de los picos en la onda óptica. "La microscopía de contraste de fase convierte la fase en variaciones de amplitud más grandes y, por lo tanto, permite la visualización de estructuras transparentes detalladas, "explica Congli Wang, estudiante de doctorado de KAUST.
Medir la fase de la luz es más complicado que medir su intensidad. La mayoría de los microscopios de contraste de fase deben incluir un componente que convierta el cambio de fase en un cambio de intensidad medible. Pero esta conversión no es precisa; solo se aproxima a la información de fase.
Wang y sus colegas del KAUSTVisual Computing Center, bajo la supervisión de Wolfgang Heidrich, profesor de informática, ahora han desarrollado un nuevo método para la obtención de imágenes cuantitativas de fase e intensidad. Un elemento crucial para el rendimiento de su microscopio fue un elemento conocido como sensor de frente de onda. Los sensores de frente de onda son sensores ópticos de diseño personalizado que pueden codificar el frente de onda, o fase, información en imágenes de intensidad.
La formación de imágenes de fase cuantitativa permite a los investigadores detectar la geometría de pequeñas muestras transparentes con estructuras finas; por ejemplo, glóbulos rojos tridimensionales (izquierda) y una matriz de microlentes (derecha). Crédito:KAUST
El equipo diseñó un innovador sensor de frente de onda de alta resolución, y los miembros del equipo ahora lo están incorporando a un microscopio comercial para mejorar el rendimiento de la obtención de imágenes microscópicas. Luego reconstruyeron la imagen de contraste de fase utilizando un algoritmo informático que desarrollaron para obtener una fase cuantitativa numéricamente recuperada de un par de imágenes:una imagen de calibración obtenida sin la muestra y una imagen de medición obtenida con la muestra en su lugar.
Este enfoque agiliza varios aspectos de la microscopía. Mientras que otros métodos han logrado imágenes de fase cuantitativa en el pasado, han requerido configuraciones costosas o complicadas, fuentes de luz especializadas o mucho tiempo para generar la imagen. "Nuestro método permite la adquisición de instantáneas de campo claro de amplitud de alta resolución e imágenes de fase cuantitativa precisas a través de una óptica sencilla y asequible, fuente de luz blanca común y cálculos rápidos a velocidades de video en tiempo real, "dice Heidrich." Es la primera vez, a nuestro conocimiento, que todas estas ventajas se combinan en una sola técnica ".
