Создан микроскоп, не имеющий предела разрешающей способности

МОСКВА, 20 окт — РИА Новости. Польские и израильские физики разработали новый метод флуоресцентной микроскопии, позволяющий изучать биологические объекты с беспрецедентной детальностью, в четыре раза превышающей дифракционный предел. Результаты опубликованы в журнале Optica.

Продолжающееся развитие биологии и медицины требует изучения структур и взаимоотношений сверхмалых объектов, например, белков в клетках. Классического оптического микроскопа для этого явно недостаточно, а с помощью электронных микроскопов можно исследовать только неодушевленные предметы, так как образец необходимо помещать в вакуум и бомбардировать электронным лучом.

Из-за волновой природы света объекты, расположенные ближе друг к другу, чем на половину длины волны, что составляет около 250 нанометров, не различимы в оптический микроскоп. Это явление, известное как дифракционный предел — одно из главных препятствий при наблюдении за мельчайшими биологическими структурами. Ученые давно пытаются его преодолеть. За достижения в области флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения были присуждены две Нобелевские премии по физике — в 2008 и 2014 годах.

Методы флуоресцентной микроскопии сегодня активно используют в биологической визуализации, хотя и они имеют некоторые ограничения. Одни, такие как PALM, STORM и STED-микроскопия, обладают сверхвысоким разрешением и позволяют различать объекты, расположенные всего в десятке нанометров друг от друга, но требуют длительного времени воздействия и сложной процедуры подготовки биологических образцов.

Другие — SIM и ISM-микроскопия — просты в использовании, но ограничены по разрешению и позволяют изучать только структуры, размер которых превышает половину дифракционного предела.

Ученые из Лаборатории квантовой оптики физического факультета Варшавского университета в сотрудничестве с коллегами из Института науки Вейцмана в Израиле создали новый метод — сканирующей микроскопии оптических флуктуационных изображений со сверхвысоким разрешением (SOFISM).

По сути, это модификация уже известного метода сканирующего микроскопа изображений (ISM). ISM использует конфокальный микроскоп, в котором единственный детектор заменен детекторной решеткой. В SOFISM вычисляются корреляции интенсивностей, обнаруженных несколькими детекторами. Теоретически измерение корреляций n-го порядка приводит к увеличению разрешения в 2n раза по отношению к дифракционному пределу, считают авторы разработки. То есть, теоретически новый метод не имеет предела разрешающей способности.

"SOFISM — это компромисс между простотой использования и разрешением. Мы считаем, что наш метод заполнит нишу между сложными, трудными в использовании методами, обеспечивающими очень высокое разрешение, и простыми методами низкого разрешения, — приводятся в пресс-релизе Варшавского университета слова руководителя исследования, доктора Радека Лапкевича (Radek Lapkiewicz). — SOFISM не имеет теоретического предела разрешения, и в нашей статье мы демонстрируем результаты, которые в четыре раза лучше дифракционного предела. Мы также показываем, что метод SOFISM имеет высокий потенциал для визуализации трехмерных биологических структур".

Авторы отмечают, что главное преимущество нового метода — его доступность. С технической точки зрения SOFISM требует лишь небольшой модификации широко используемого конфокального микроскопа — замены его фотоумножителя на матричный детектор.