En optisk enhet som liknar en miniatyriserad fyrlins kan göra det lättare att titta in i petriskålar och observera detaljer på molekylär nivå av biologiska processer, inklusive tillväxt av cancerceller. Utvecklad av KAUST, det nya objektivet är också mycket kostnadseffektivt.

Många bioavbildningstekniker kräver att fluorescerande färgämnen läggs till specifika cellmål. Men en nyligen utvecklad metod känd som stimulerad raman-spridningsmikroskopi (SRS) kan undvika besvärliga märkningssteg genom att använda laserpulser för att samla in molekylära vibrationssignaler från biologiska prover. Förmågan hos SRS-mikroskop att producera högupplösta, icke-invasiva bilder i realtidshastigheter har fått forskare att distribuera dem även för in vivo sjukdomsdiagnostiska studier.

En nackdel med SRS-mikroskop, dock, är att detektionssystemet påverkas av en bakgrundssignal, känd som korsfasmodulering, som genereras av den intensiva interaktionen mellan laserpulser och proverna.

"Denna bakgrundssignal är allestädes närvarande och minskar kontrasten under mikroskopisk observation av komplexa prover, såsom levande celler, " förklarar Carlo Liberale från KAUST. "Det gör det också svårt att identifiera målmolekyler."

För att undvika effekterna av tvärfasmodulering, de flesta SRS-mikroskop behöver använda skrymmande glasobjektiv som kan samla vida ljusvinklar. Dock, den här typen av linser är nästan omöjliga att passa in i inkubatorerna på scenen som används för att odla levande celler för bioavbildning.

Andrea Bertoncini, en forskare i Liberales grupp, spjutspetsarbete för att skapa en ultratunn SRS-lins med laserbaserad tredimensionell (3-D) utskrift. Utifrån den slanka designen av fyrlinser, KAUST-teamet tryckte små linsliknande och spegelliknande detaljer i en transparent polymer som bara var en bråkdel av en millimeter tjock.

"Den här typen av linsdesign är ett mycket effektivt sätt att samla in och omdirigera ljus som kommer från vidvinkelkällor direkt till vår laserdetektor, säger Bertoncini. Och eftersom den är så tunn, den passar lätt in i de stängda kamrarna i en inkubator."

Efter att kalibreringsförsök bekräftade att deras nya lins kunde avvisa korsfasmoduleringsbakgrunden, forskarna riktade siktet mot mänskliga cancerceller odlade i en konventionell petriskål. Dessa experiment visade att linsen kunde avbilda cellens inre komponenter med en upplösning som liknar konventionella SRS-mikroskop, men i ett mycket bekvämare och billigare format.

"De mål vi normalt använder för att samla in SRS-mikroskopsignaler kostar några tusen dollar, ", säger Bertoncini. "Nu har vi en lins med liknande fördelar som vi kan producera för mindre än en tiondel av det priset."