Микроскоп, объединяющий микро- и наномасштаб

Исследователи из Токийского университета создали микроскоп, способный детектировать сигнал в диапазоне интенсивностей, в 14 раз более широком, чем у обычных микроскопов. Наблюдения проводятся бесконтактным методом (label-free), без использования дополнительных красителей.

Это делает метод щадящим для клеток и подходящим для долгосрочных наблюдений, что открывает потенциал для применения в тестировании и контроле качества в фармацевтической и биотехнологической отраслях. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Современные передовые методы микроскопии часто сталкиваются с компромиссами:

• Количественная фазово-контрастная микроскопия (QPM) использует прямое рассеяние света и может обнаруживать структуры в микромасштабе (в данном исследовании — свыше 100 нанометров), но не меньше. Она в основном используется для статических снимков относительно сложных клеточных структур.
• Интерферометрическая рассеивающая микроскопия (iSCAT) использует обратное рассеяние света и может обнаруживать структуры размером до отдельных белков. Она позволяет отслеживать отдельные частицы и динамические изменения в клетке, но не даёт комплексной картины, как QPM.

Исследовательская группа решила проверить, может ли одновременное измерение света в обоих направлениях преодолеть этот компромисс и выявить широкий диапазон размеров и движений на одном изображении.

В качестве теста они наблюдали процесс гибели клетки, записывая одно изображение, кодирующее информацию как от прямого, так и от обратно рассеянного света. Основной сложностью было чёткое разделение двух типов сигналов из одного изображения при низком уровне шума и без их смешивания.

В результате учёные смогли количественно оценить не только движение клеточных структур (микро), но и движение крошечных частиц (нано). Кроме того, сравнивая прямое и обратное рассеяние света, они смогли оценить размер и показатель преломления каждой частицы — свойство, описывающее, насколько свет преломляется или рассеивается при прохождении через частицы.

В планах исследователей — изучение ещё более мелких частиц, таких как экзосомы и вирусы, и оценка их размера и показателя преломления в различных образцах, а также детальное изучение процесса гибели живых клеток.