Ilustración conceptual de la detección resuelta axialmente realizada por ingeniería de frente de onda para microscopía de agujas de luz. Crédito: Yuichi Kozawa et al.
Registro rápido de imágenes de microscopía 3D mediante ondas de luz diseñadas
9 de marzo de 2022| Historia original de la Universidad de Tohoku
Una técnica recientemente propuesta permite la adquisición rápida de imágenes en 3D. El escaneo único es una técnica que involucra un punto de luz elongado semejando a una “aguja” que captura imágenes tridimensionales (3D) de un espécimen.
El nuevo método, que fue desarrollado por investigadores de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Osaka, puede tomar rápidamente imágenes en 3D sin mover el plano de observación, condición necesaria en los microscopios de escaneo láser convencionales.
La microscopía de luz es omnipresente y vital para diversos campos, incluidas las ciencias de la vida y el diagnóstico médico. Dado que las células o tejidos biológicos son estructuralmente complejos, la observación en 3D es crucial. La microscopía de escaneo láser es un enfoque representativo y bien establecido que permite la observación en 3D mediante el escaneo de un punto focal en la muestra. Un problema importante es su procedimiento que consume mucho tiempo porque implica la adquisición repetida de imágenes 2D y además requiere cambiar el plano de observación.
Los investigadores utilizaron un punto láser alargado a lo largo de la dirección axial, conocido como “aguja de luz”, como iluminación en la microscopía de escaneo láser. En general, el uso de una aguja de luz de este tipo es un enfoque común que produce imágenes de enfoque profundo que capturan el rango de profundidad extendido de las muestras sin desenfoque. Sin embargo, este enfoque solo proporciona una imagen 2D, que no incluye ninguna información de profundidad de un espécimen.
La solución propuesta por los investigadores consistió en manipular las señales de fluorescencia emitidas por las muestras a través de una técnica basada en la holografía generada por computadora (CGH). Idearon un holograma para ser aplicado a la fluorescencia emitida desde diferentes posiciones de profundidad dentro de la muestra. Este holograma fue diseñado para producir imágenes desplazadas lateralmente y separadas espacialmente en el plano del detector dependiendo de la posición de profundidad de los objetos. Con esta técnica, la información de profundidad se puede registrar como la información lateral simultáneamente, lo que permite la construcción de imágenes 3D sin cambiar el plano de observación.
Utilizando este principio, los investigadores desarrollaron un sistema de microscopia equipado con un modulador de luz espacial, un aparato controlado por computadora para proyectar el CGH. El sistema de microscopía desarrollado permite construir imágenes 3D a partir de un escaneo 2D único mediante una aguja de luz para un rango de profundidad de hasta 20 µm. Este sistema grabó películas en 3D de movimientos dinámicos de cuentas del tamaño de micras suspendidas en agua, algo que rara vez logran los microscopios de escaneo láser existentes.
Los investigadores también demostraron la rápida adquisición de imágenes en 3D para muestras biológicas gruesas con una velocidad más de diez veces más rápida que la técnica convencional. La técnica propuesta acelerará notablemente la adquisición de imágenes en diversos campos de investigación e industriales, donde la observación y evaluación de imágenes en 3D son esenciales. Los investigadores ahora planean extender aún más la aplicabilidad del método propuesto a sistemas de tamaño reducido, apuntando a su uso en aplicaciones prácticas.
Referencia
Kozawa Y, Nakamura T, Uesugi Y, Sato S. Wavefront engineered light needle microscopy for axially resolved rapid volumetric imaging. Biomed Opt Express, BOE. 2022;13(3):1702-1717. doi:10.1364/BOE.449329
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