EO

Nano-microscopie voorbij de grenzen van resolutie en snelheid

12 mei 2020 om 13:34 uur

Artist impression van het superresolutiesysteem. Een diffuse, willekeurig gespikkelde bundel (groen) uit de glasvezelsonde belicht het hele sample (rechts) meerdere keren. Beeld: L. Amitonova

Onderzoekers van ARCNL en de Vrije Universiteit Amsterdam hebben een compacte techniek ontwikkeld voor snelle superresolutie-microscopie met ultradunne glasvezels. Met slimme signaalverwerking gaan ze daarmee voorbij de theoretische grenzen van resolutie en snelheid. Omdat er geen speciale fluorescerende markeringen nodig zijn, is hun meetmethode veelbelovend voor zowel medische toepassingen als karakterisering van 3D-structuren in nanolithografie.


Het onderzoek is gepubliceerd in Light: Science & Applications.

 

"Op de nanoschaal wordt wat je kunt zien met een microscoop beperkt door de golflengte van het gebruikte licht. Er zijn manieren om deze diffractielimiet te doorbreken, maar die vereisen doorgaans grote microscopen en moeilijke verwerkingsprocedures ", zegt Lyuba Amitonova. "Zulke systemen zijn niet geschikt om kleine details te bestuderen in diepere biologische weefsellagen, of op andere moeilijk bereikbare plaatsen."

 

Amitonova startte onlangs bij ARCNL haar onderzoeksgroep Nanoscale Imaging and Metrology. Daarnaast is ze parttime verbonden aan de VU waar ze onderzoek doet naar naald-dunne glasvezelsondes voor endomicroscopie in de groep van Johannes de Boer. Samen ontwikkelden zij een manier om de diffractielimiet te doorbreken in meetsystemen die in vivo diepere weefsellagen kunnen bestuderen.

 

Omgekeerde datacompressie

De sleutel is het feit dat niet alle informatie in een meetsample nodig is om een bruikbaar beeld te creëren. "Denk aan de digitale fotografie, waar het JPEG-compressieformaat gebruikt wordt om de hoeveelheid gegevens in een foto te beperken. De compressie verwijdert tot negentig procent van het beeld, maar we kunnen het verschil nauwelijks zien", zegt Amitonova. "Dit werkt omdat alle conventionele afbeeldingen van objecten ‘schaars' zijn, wat betekent dat de meeste afbeeldingspunten geen informatie bevatten. In onze metingen gebruiken we deze schaarsheid van informatie op een omgekeerde manier, door slechts tien procent van de beschikbare gegevens te verzamelen en daaruit het hele beeld te reconstrueren via een wiskundige berekeningsmethode."

 

Diffuse lichtbundel

In conventionele microscopie worden samples vaak punt voor punt verlicht om een beeld van het geheel te creëren. Dit kost veel tijd, omdat voor afbeeldingen met een hoge resolutie veel datapunten nodig zijn. De aanpak van Amitonova en de Boer maakt gebruik van een fiber die een diffuse, ‘gespikkelde' laserstraal produceert waarmee ze grote delen van het sample tegelijkertijd met een willekeurig patroon kunnen verlichten. Vervolgens verzamelen ze het gereflecteerde licht als één enkel datapunt en reconstrueren dan de relevante informatie met een berekening. "Als je punt voor punt belicht, resulteert het opnemen van 256 datapunten in een beeld van 256 pixels. Met onze methode creëert hetzelfde aantal metingen een afbeelding met ongeveer twintig keer zoveel pixels. Onze techniek van gecomprimeerde beeldverwerking is niet alleen veel sneller; we hebben ook aangetoond dat het mogelijk is om details zichtbaar te maken die meer dan twee keer zo klein zijn dan wat je kunt zien met conventionele, diffractiebeperkte technieken."

 

Meten zonder fluorescentie

De methode is ontwikkeld met het oog op minimaal invasieve bio-imaging, maar is ook veelbelovend voor toepassingen in de nanolithografie. Anders dan andere systemen voor superresolutie microscopie is het namelijk niet nodig om samples te markeren met fluorescerende labels. Amitonova gaat het concept dan ook verder uitwerken bij ARCNL: "Dat de glasvezelsondes zo compact zijn, maakt ze erg geschikt om betrouwbare meetinstrumenten mee te ontwikkelen voor de nanolithografie. Sondes van glasvezel leveren een unieke combinatie van hoge resolutie met een groot beeldbereik, waardoor ze eenvoudig te gebruiken zijn op plaatsen die je lastig kunt bereiken. Hopelijk resulteert de doorontwikkeling van onze methode in een hogere resolutie en snelheid. Onze resultaten zijn vooral interessant voor verbeteringen in instrumentatie en medische diagnostiek."

 

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Nieuw! Lichtschermen PSENopt II – Nu met verbeterde spiegelzuilen

Pilz maakt het portfolio met lichtschermen compleet: De lichtschermen PSENopt II zijn niet alleen verkrijgbaar voor...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

16 juni 2020, online

Power Electronics event

Het doel van dit event is de diversiteit van toepassingen, innovaties en kennis te presenteren op het...

16 juni 2020, Veldhoven

Business Software Event 2020

‘Boost your business with connected software & smart data’. Dat is het thema van het Business...

17 juni 2020, Vianen

Industrial Ethernet Event

Hoe kun je het maximale uit Industrial Ethernet halen?

Meer agendapunten »