Los investigadores han desarrollado una nueva lente plug-and-play que puede agregar corrección óptica adaptativa a los microscopios ópticos comerciales. La imagen muestra una sección del cerebro de un ratón adquirida con un microscopio de hoja de luz y corregida con la lente adaptativa. Crédito:T. Furieri (CNR-IFN), G. Calisei y A. Bassi (Politécnico de Milán), E. Daini y A. Vilella (Universidad de Modena y Reggio Emilia)
Los investigadores han desarrollado un nuevo dispositivo plug-and-play que puede agregar corrección óptica adaptativa a los microscopios ópticos comerciales. La óptica adaptativa puede mejorar en gran medida la calidad de las imágenes adquiridas en profundidad en muestras biológicas, pero tiene, hasta ahora, Ha sido extremadamente complejo de implementar.
"Mejorar la tecnología disponible para los científicos de la vida puede ampliar nuestra comprensión de la biología, que lo hará, Sucesivamente, conducir a mejores medicamentos y terapias disponibles para los médicos, "dijo el líder del equipo de investigación, Paolo Pozzi de la Universidad de Modena y Reggio Emilia en Italia.
En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , Pozzi y un equipo multidisciplinario de investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft), El CNR-Institute for Photonics and Nanotechnology (CNR-IFL) y el University Medical Center Rotterdam describen su nuevo dispositivo de lentes adaptables. También muestran cómo se puede instalar fácilmente en la lente del objetivo de un microscopio multifotónico comercial para mejorar la calidad de la imagen.
"Este enfoque permitirá que las técnicas ópticas avanzadas, como la microscopía multifotónica, obtengan imágenes más profundas bajo la superficie del cerebro en organismos vivos". "dijo Stefano Bonora, líder de grupo en el CNR-IFL. "Esperamos ver cómo se puede implementar también en otros sistemas, como microscopios de hoja de luz, sistemas de superresolución, o incluso simples microscopios de epifluorescencia ".
Imágenes más profundas
La microscopía óptica se puede utilizar para obtener imágenes de muestras biológicas en condiciones naturales, lo que permite observar diversos procesos biológicos a lo largo del tiempo. Sin embargo, a medida que la luz viaja a través del tejido, se distorsiona. Esta distorsión empeora a medida que la luz penetra más profundamente en los tejidos, haciendo que las imágenes se vean borrosas y oscureciendo detalles importantes.
Óptica adaptativa, una tecnología desarrollada inicialmente para compensar la turbulencia atmosférica cuando se utilizan telescopios para ver objetos celestes, se puede utilizar para corregir las aberraciones ópticas que se producen al obtener imágenes a través de tejido grueso. Sin embargo, hacerlo normalmente requiere construir un microscopio personalizado que incorpore un espejo deformable. Este espejo se usa para compensar las distorsiones, creando una imagen que se ve nítida y clara.
"Incluir un espejo deformable en un microscopio existente es casi imposible, y todavía no hay ningún microscopio adaptativo comercial disponible en el mercado, ", dijo Pozzi." Esto significa que la única opción para que un científico de la vida utilice la óptica adaptativa es construir todo el microscopio desde cero, una operación que es demasiado difícil y requiere mucho tiempo para la mayoría de los laboratorios de ciencias de la vida ".
La lente adaptativa se monta simplemente en un objetivo de microscopía para agregar corrección de óptica adaptativa a cualquier microscopio existente con objetivos intercambiables que también muestra imágenes en la pantalla de una computadora. Crédito:Óptica dinámica
Un enfoque más simple
Para simplificar esta configuración, los investigadores crearon una lente inteligente hecha con vidrio tan delgado que puede doblarse sin romperse. La lente consta de un recipiente de vidrio en forma de disco lleno de un líquido transparente. Un conjunto de 18 actuadores mecánicos en los bordes del vidrio se puede controlar con una computadora para doblar el vidrio a la forma deseada.
La lente funciona como el espejo deformable utilizado en la mayoría de las configuraciones de óptica adaptativa, pero en lugar de reflejar la luz, transmite luz. A medida que la luz viaja a través del líquido dentro de la lente, se distorsiona de manera diferente dependiendo de la forma de la lente. "Esto es similar a las imágenes distorsionadas que ves cuando miras a través de una botella de agua mientras la aprietas con las manos, "dijo Bonora.
El uso de la lente para la corrección de la óptica adaptativa requiere un algoritmo complejo para controlar los actuadores. "La corrección óptica eficiente fue posible gracias al algoritmo DONE (buscador de extremos no lineal en línea de base de datos), una solución muy elegante basada en principios similares al aprendizaje automático, que desarrollamos previamente en TU Delft, "dijo Pozzi.
Resultados rápidos
Los investigadores probaron el nuevo software, que también está disponible para otros a través de github, y lente adaptativa aplicándola a la lente del objetivo de un microscopio multifotónico comercial. Utilizaron el microscopio para realizar imágenes de calcio en el cerebro de ratones vivos, uno de los experimentos de ciencias de la vida más complejos realizado con microscopios.
"Superamos nuestras expectativas al lograr muy buenos resultados en unas pocas horas, ", dijo Pozzi." Esta tecnología se puede adaptar a cualquier microscopio existente que tenga objetivos intercambiables y muestre imágenes en una pantalla de computadora ".
Los investigadores ahora están probando el sistema en otros tipos de microscopios y muestras al mismo tiempo que exploran si se podrían usar múltiples lentes adaptables para lograr una mejor corrección de la que es posible con técnicas más complejas que usan espejos deformables. El equipo también ha fundado una empresa derivada, Dynamic Optics srl, comercializar las lentes adaptativas multiaccionador.
La nueva lente también podría ser útil para aplicaciones más allá de la microscopía. "Nuestro nuevo dispositivo también podría aplicarse en otros campos, como las comunicaciones ópticas en el espacio libre, donde podría aumentar las tasas de conexión de datos y llevar conexiones de datos a áreas remotas y aisladas, "dijo Pozzi.
