นักวิจัยสาธิตการใช้กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงแบบไม่มีฉลาก

นักวิจัยสาธิตการใช้กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงแบบไม่มีฉลาก

นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการวัดและการถ่ายภาพแบบใหม่ที่สามารถแก้ไขโครงสร้างนาโนที่มีขนาดเล็กกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของแสง หลังจากที่แสงกระทบกับตัวอย่าง เทคนิคใหม่นี้จะวัดความเข้มของแสงรวมถึงพารามิเตอร์อื่นๆ ที่เข้ารหัสในสนามแสง เครดิต: Jörg S. Eismann, University of Graz

นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการวัดและการถ่ายภาพแบบใหม่ที่สามารถแก้ไขโครงสร้างนาโนที่มีขนาดเล็กกว่าขีด จำกัด การเลี้ยวเบนของแสงโดยไม่ต้องใช้สีย้อมหรือฉลาก งานนี้แสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญต่อวิธีการกล้องจุลทรรศน์แบบใหม่และมีประสิทธิภาพ ซึ่งวันหนึ่งอาจใช้เพื่อดูคุณลักษณะที่ดีของตัวอย่างที่ซับซ้อน เกินกว่าที่จะเป็นไปได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์และเทคนิคทั่วไป

วิธีการใหม่ที่อธิบายไว้ใน ออปติก วารสารคือการดัดแปลงกล้องจุลทรรศน์สแกนด้วยเลเซอร์ซึ่งใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มข้นสูงในการส่องตัวอย่าง นักวิจัยได้ขยายเทคนิคนี้โดยการวัดความสว่างหรือความเข้มของแสงหลังจากที่มันทำปฏิกิริยากับตัวอย่างที่อยู่ระหว่างการศึกษา แต่ยังตรวจจับพารามิเตอร์อื่น ๆ ที่เข้ารหัสในสนามแสงด้วย

“แนวทางของเราสามารถช่วยขยายกล่องเครื่องมือด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ในการศึกษาโครงสร้างนาโนในตัวอย่างต่างๆ” หัวหน้าทีมวิจัย Peter Banzer จาก University of Graz ในออสเตรียกล่าว “เมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคที่มีความละเอียดสูงมากซึ่งใช้วิธีการสแกนที่คล้ายกัน วิธีการของเราไม่มีการบุกรุกอย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องฉีดโมเลกุลเรืองแสงใดๆ เข้าไปในชิ้นงานทดสอบก่อนการถ่ายภาพ”

นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถวัดตำแหน่งและขนาดของอนุภาคนาโนทองคำได้อย่างแม่นยำหลายนาโนเมตร แม้ว่าจะมีการสัมผัสอนุภาคหลายตัวก็ตาม

“แนวทางใหม่ของเราในการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยเลเซอร์สามารถปิดช่องว่างระหว่างกล้องจุลทรรศน์ทั่วไปที่มีความละเอียดจำกัดและเทคนิคที่มีความละเอียดสูงซึ่งจำเป็นต้องมีการดัดแปลงของชิ้นงานทดสอบภายใต้การศึกษา” นายแบนเซอร์กล่าว







แนวทางกล้องจุลทรรศน์แบบ sub-diffraction-limit microscopy ที่พัฒนาขึ้นใหม่ไม่จำเป็นต้องใช้ฉลากเรืองแสง วิดีโอนี้แสดงขั้นตอนของอัลกอริธึมการประเมินข้อมูล ดึงตำแหน่งและขนาดของอนุภาคนาโนทั้งหมดในพื้นที่ที่ดู เครดิต: Jörg S. Eismann, University of Graz

จับภาพได้มากขึ้นจากแสง

ในกล้องจุลทรรศน์สแกนด้วยเลเซอร์ ลำแสงจะถูกสแกนทั่วทั้งตัวอย่างและวัดแสงที่ส่งผ่าน สะท้อน หรือกระเจิงที่มาจากตัวอย่าง แม้ว่าวิธีการด้วยกล้องจุลทรรศน์ส่วนใหญ่จะวัดความเข้มหรือความสว่างของแสงที่มาจากตัวอย่าง แต่ข้อมูลจำนวนมากยังถูกจัดเก็บในลักษณะอื่นๆ ของแสง เช่น เฟส โพลาไรซ์ และมุมกระเจิง ในการเก็บข้อมูลเพิ่มเติมนี้ นักวิจัยได้ตรวจสอบความละเอียดเชิงพื้นที่ของข้อมูลความเข้มและโพลาไรซ์

“เฟสและโพลาไรเซชันของแสง ร่วมกับความเข้มของแสง จะแปรผันตามพื้นที่ในลักษณะที่รวมรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ เกี่ยวกับตัวอย่างที่มันโต้ตอบ เหมือนกับเงาของวัตถุบอกเราบางอย่างเกี่ยวกับรูปร่างของวัตถุ” กล่าว แบนเซอร์ “อย่างไรก็ตาม ข้อมูลนี้ส่วนใหญ่จะถูกละเว้น หากวัดเฉพาะพลังงานแสงโดยรวมเท่านั้นที่วัดได้หลังจากการโต้ตอบ”

พวกเขาสาธิตวิธีการใหม่โดยใช้มันเพื่อศึกษาตัวอย่างง่ายๆ ที่มีอนุภาคนาโนโลหะที่มีขนาดต่างกัน พวกเขาทำเช่นนี้โดยการสแกนพื้นที่ที่สนใจ จากนั้นจึงบันทึกภาพโพลาไรซ์และภาพที่ปรับมุมของแสงที่ส่องผ่าน ข้อมูลที่วัดได้ได้รับการประเมินโดยใช้อัลกอริธึมที่สร้างแบบจำลองของอนุภาคที่ปรับโดยอัตโนมัติเพื่อให้คล้ายกับข้อมูลที่วัดได้อย่างแม่นยำที่สุด

“แม้ว่าอนุภาคและระยะห่างของพวกมันจะเล็กกว่าขีดจำกัดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์หลายตัวมาก แต่วิธีการของเราก็สามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้” บันเซอร์กล่าว “นอกจากนี้ และที่สำคัญกว่านั้น อัลกอริธึมสามารถให้พารามิเตอร์อื่นๆ เกี่ยวกับตัวอย่างได้ เช่น ขนาดและตำแหน่งของอนุภาคที่แม่นยำ”

ขณะนี้นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อปรับวิธีการเพื่อให้สามารถใช้กับตัวอย่างที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ ฟังก์ชันการทำงานของวิธีการนี้ยังสามารถขยายได้โดยการปรับโครงสร้างของแสงที่โต้ตอบกับตัวอย่างและผสมผสานแนวทางที่ใช้ปัญญาประดิษฐ์เข้ากับขั้นตอนการประมวลผลภาพ ด้านการตรวจจับ ผู้เขียนร่วมกับผู้เชี่ยวชาญคนอื่นๆ กำลังพัฒนากล้องพิเศษซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการยุโรปที่ชื่อว่า SuperPixels อุปกรณ์ตรวจจับรุ่นต่อไปนี้จะสามารถแก้ไขข้อมูลโพลาไรซ์และเฟสนอกเหนือจากความเข้ม

“การศึกษาของเราเป็นอีกหนึ่งการสาธิตบทบาทสำคัญที่โครงสร้างของแสงสามารถเล่นได้ในด้านทัศนศาสตร์และเทคโนโลยีที่ใช้แสงเป็นหลัก” นายแบนเซอร์กล่าว “มีการสาธิตการใช้งานและปรากฏการณ์ที่น่าสนใจมากมายแล้ว แต่ยังมีอะไรอีกมากที่จะตามมา”


คลื่นแสงที่ออกแบบมาช่วยให้สามารถบันทึกภาพกล้องจุลทรรศน์ 3 มิติได้อย่างรวดเร็ว


ข้อมูลมากกว่านี้:
Jörg Eismann et al, Sub-diffraction-limit กล้องจุลทรรศน์การสแกนด้วยเลเซอร์ฟูเรียร์ระนาบ, ออปติก (2022). ดอย: 10.1364/OPTICA.450712

การอ้างอิง: นักวิจัยสาธิตกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงแบบไม่มีฉลาก (2022, 21 เมษายน) ดึงข้อมูลเมื่อ 21 เมษายน พ.ศ. 2565 จาก https://phys.org/news/2022-04-label-free-super- resolution-microscopy.html

เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*