Förmågan att visualisera transparenta föremål som biologiska celler är av grundläggande betydelse inom biologi och medicinsk diagnostik. Konventionella metoder för att uppnå detta inkluderar faskontrastmikroskopi och tekniker som bygger på kemisk färgning av biologiska celler. Dessa tekniker, dock, lita på dyra och skrymmande optiska komponenter eller behöver bytas, och i vissa fall skadliga, cellen genom att införa kemiska kontrastmedel. Betydande framsteg på senare tid inom nanotillverkningsteknologi tillåter strukturering av material på nanoskala med oöverträffad precision. Detta har gett upphov till det revolutionerande området meta-optik som syftar till att utveckla ultrakompakta optiska komponenter som ersätter sina bulk-optiska motsvarigheter som till exempel linser och optiska filter. Sådana meta-optiska enheter uppvisar ovanliga egenskaper för vilka de nyligen har väckt betydande vetenskapligt intresse som nya plattformar för bildbehandlingstillämpningar.

I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och tillämpningar , ett team av forskare, ledd av professor Ann Roberts från University of Melbourne nod i Australian Research Council Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems har utvecklat en ultrakompakt, nanostrukturerat mikroskop täckglas som möjliggör visualisering av ofärgade biologiska celler. Enheten hänvisas till som en nanophotonics enhanced coverslip (NEC) eftersom den lägger till fasbildsförmåga till ett normalt mikroskoptäckglas. I sin studie visade forskarna att genom att helt enkelt placera biologiska celler ovanpå NEC, pseudo-3D-bilder med hög kontrast av annars osynliga celler erhålls. Forskarna använde exemplet med mänskliga cancerceller (HeLa-celler) för att visa potentialen hos denna nya fasbildsmetod. Metoden möjliggjorde inte bara visualisering av cancercellernas allmänna form utan gjorde även detaljer om cellkärnan synliga. Denna kapacitet är avgörande eftersom upptäckten av förändringar i strukturen hos biologiska celler stödjer upptäckten av sjukdomar som till exempel i fallet med malaria.

Den version av NEC som presenteras i publikationen skiljer sig från ett normalt täckglas genom tillägget av en tunn optisk film och ett galler på nanometeravstånd. Forskargruppen, dock, Föreställ dig mer komplexa variationer av detta koncept för att ytterligare utöka kapaciteten hos metoden till att fungera vid olika våglängder och integrering i högspecialiserad optisk bildbehandling eller mikrofluidsystem. Sammanfattningsvis, denna forskning har visat på en helt ny fasbildsmetod som har betydande potential att ingå i framtida biologiska avbildningssystem och mobila medicinska diagnostiska verktyg.

Forskarna sammanfattar potentialen i deras fasbildsmetod:"Vi designade ett nanostrukturerat mikroskop täckglas som gör att vi kan visualisera annars transparenta biologiska celler genom att helt enkelt placera dem ovanpå enheten och lysa igenom dem. Detta är ett spännande genombrott i fält för fasavbildning, eftersom vår metod varken kräver användning av bulk-optiska komponenter, kemisk färgning eller beräkningsmässig efterbearbetning som det är fallet med konventionella metoder." förklarade prof. Roberts.

"Otillgängligheten av medicinska diagnostiska verktyg i många utvecklingsländer anses vara en anledning till att infektionssjukdomar som malaria och tuberkulos fortfarande är en ledande dödsorsak. Vårt tillvägagångssätt har betydande potential att bli en billig, ultrakompakt fasavbildningsverktyg som skulle kunna integreras i smartphonekameror och andra mobila enheter för att göra mobil medicinsk diagnostik allmänt tillgänglig." tillade Dr. Wesemann.