Mikroskop har stått i centrum för många av de viktigaste framstegen inom biologin i många århundraden. Nu, KAUST -forskare har visat hur ett standardmikroskop kan anpassas för att ge ännu mer information.

I sin enklaste form, mikroskopi skapar en bild av ett objekt genom att mäta intensiteten av ljus som passerar genom det. Detta kräver ett prov som sprider och absorberar ljus på olika sätt. Många levande celler, dock, absorberar mycket lite synligt ljus, vilket betyder att det bara är en liten skillnad mellan ljusa och mörka områden, känd som kontrasten. Detta gör det svårt att se de finare detaljerna.

Men ljuset som passerar genom provet ändrar inte bara dess intensitet, men också dess fas:den relativa tidpunkten för topparna i den optiska vågen. "Fas-kontrastmikroskopi omvandlar fas till större amplitudvariationer och möjliggör därmed visning av fina, detaljerade transparenta strukturer, "förklarar KAUST doktorand Congli Wang.

Att mäta ljusets fas är svårare än att mäta dess intensitet. De flesta faskontrastmikroskop måste innehålla en komponent som konverterar fasändringen till en mätbar intensitetsförändring. Men denna omvandling är inte exakt; det närmar sig bara fasinformationen.

Wang och hans kollegor från KAUSTVisual Computing Center, under överinseende av Wolfgang Heidrich, professor i datavetenskap, har nu utvecklat en ny metod för kvantitativ fas- och intensitetsavbildning. Avgörande för deras mikroskops prestanda var ett element som kallas en vågfrontssensor. Wavefront-sensorer är specialdesignade optiska sensorer som kan koda vågfronten, eller fas, information till intensitetsbilder.

Teamet utformade en innovativ högupplöst vågfrontssensor, och teammedlemmarna införlivar det nu i ett kommersiellt mikroskop för att förbättra prestanda för mikroskopi avbildning. De rekonstruerade sedan fas-kontrastbilden med hjälp av en datoralgoritm som de utvecklade för att numeriskt hämta kvantitativ fas från ett bildpar:en kalibreringsbild som erhållits utan provet och en mätbild som erhållits med provet på plats.

Detta tillvägagångssätt effektiviserar flera aspekter av mikroskopi. Medan andra metoder har uppnått kvantitativ fasavbildning tidigare, de har krävt dyra eller komplicerade inställningar, specialiserade ljuskällor eller lång tid för att generera bilden. "Vår metod möjliggör förvärv av ögonblicksbilder av ljusupplöst amplitud med hög upplösning och exakta kvantitativa fasbilder via enkel, prisvärd optik, gemensam vitljuskälla och snabba beräkningar med videofrekvenser i realtid, "säger Heidrich." Det är första gången, så vitt vi vet, att alla dessa fördelar kombineras till en teknik. "