Ett team vid University of Tokyo har konstruerat ett förbättrat mellaninfrarött mikroskop som gör det möjligt för dem att se strukturerna inuti levande bakterier på nanometerskala. Mellaninfraröd mikroskopi är vanligtvis begränsad av dess låga upplösning, särskilt jämfört med andra mikroskopitekniker. Deras arbete har publicerats i Nature Photonics .
Denna senaste utveckling producerade bilder på 120 nanometer, vilket forskarna säger är en 30-faldig förbättring av upplösningen hos typiska mellaninfraröda mikroskop. Att kunna se prover tydligare i denna mindre skala kan hjälpa flera forskningsområden, inklusive om infektionssjukdomar, och öppnar vägen för att utveckla ännu mer exakt mid-infraröd-baserad bildbehandling i framtiden.
Det mikroskopiska området är där virus, proteiner och molekyler lever. Tack vare moderna mikroskop kan vi våga oss ner för att se våra egna cellers inre funktion.
Men även dessa imponerande verktyg har begränsningar. Till exempel kräver superupplösta fluorescerande mikroskop att prover märks med fluorescens. Detta kan ibland vara giftigt för prover och förlängd ljusexponering medan visning kan bleka prover, vilket innebär att de inte längre är användbara. Elektronmikroskop kan också ge mycket imponerande detaljer, men prover måste placeras i ett vakuum, så levande prover kan inte studeras.
Som jämförelse kan medelinfraröd mikroskopi ge både kemisk och strukturell information om levande celler, utan att behöva färga eller skada dem. Emellertid har dess användning varit begränsad inom biologisk forskning på grund av dess jämförelsevis låga upplösningsförmåga. Medan superupplöst fluorescerande mikroskopi kan begränsa bilder till tiotals nanometer (1 nanometer är en miljondels millimeter), kan medelinfraröd mikroskopi vanligtvis bara uppnå cirka 3 mikron (1 mikron är en tusendels millimeter).
Men i ett nytt genombrott har forskare vid Tokyos universitet uppnått en högre upplösning av mellaninfraröd mikroskopi än någonsin tidigare.
"Vi uppnådde en rumslig upplösning på 120 nanometer, det vill säga 0,12 mikron. Denna fantastiska upplösning är ungefär 30 gånger bättre än den för konventionell mellaninfraröd mikroskopi", förklarade professor Takuro Ideguchi från Institutet för fotonvetenskap och teknologi vid University of Tokyo.
Teamet använde en "syntetisk bländare", en teknik som kombinerar flera bilder tagna från olika upplysta vinklar för att skapa en tydligare helhetsbild. Vanligtvis är ett prov placerat mellan två linser. Linserna absorberar dock oavsiktligt en del av det mellaninfraröda ljuset.
De löste detta problem genom att placera ett prov, bakterier (E. coli och Rhodococcus jostii RHA1 användes), på en silikonplatta som reflekterade synligt ljus och transmitterade infrarött ljus. Detta gjorde det möjligt för forskarna att använda en enda lins, vilket gjorde det möjligt för dem att bättre belysa provet med det mellaninfraröda ljuset och få en mer detaljerad bild.
"Vi blev förvånade över hur tydligt vi kunde observera bakteriers intracellulära strukturer. Vårt mikroskops höga rumsliga upplösning skulle kunna göra det möjligt för oss att studera till exempel antimikrobiell resistens, som är en världsomspännande fråga", säger Ideguchi.
"Vi tror att vi kan fortsätta att förbättra tekniken i olika riktningar. Om vi använder en bättre lins och en kortare våglängd av synligt ljus kan den rumsliga upplösningen till och med vara under 100 nanometer. Med överlägsen tydlighet skulle vi vilja studera olika cellprover att ta itu med grundläggande och tillämpade biomedicinska problem."
Mer information: Mellaninfraröd bredfältsnanoskopi, Naturfotonik (2024). DOI:10.1038/s41566-024-01423-0
Journalinformation: Naturfotonik
Tillhandahålls av University of Tokyo
