La tecnica di sfocatura controintuitiva produce immagini al microscopio 3D

Una delle grandi invenzioni della storia è stata lo sviluppo del microscopio. La capacità di vedere l'enorme varietà di vita e modelli su una scala così piccola ha cambiato la nostra comprensione del mondo e la nostra relazione con esso.

Da allora i microscopisti hanno notevolmente migliorato i loro strumenti in modo da registrare non solo con la luce visibile ma con altre lunghezze d'onda e persino con altri mezzi di registrazione interamente come elettroni e neutroni e così via.

Una delle sfide più difficili, tuttavia, è determinare la struttura tridimensionale di piccoli oggetti. I globuli rossi sani, ad esempio, hanno una famosa struttura a forma di ciambella e le modifiche a questa struttura sono un indicatore importante di varie malattie e condizioni.

Queste forme sono semplici da vedere, ma determinare la loro intera struttura 3D con una risoluzione di poche centinaia di nanometri è difficile; non da ultimo perché i globuli rossi sono in gran parte trasparenti e difficili da vedere con la normale microscopia in campo chiaro.

Oggi, Paula Roma e compagni dell'Università Federale di Minas Gerais in Brasile rivelano una tecnica nuova e relativamente semplice per determinare l'intera struttura 3-D dei globuli rossi basata sulla tecnica controintuitiva della defocalizzazione.

I biologi hanno da tempo riconosciuto i limiti della microscopia in campo chiaro con campioni biologici perché molti sono in gran parte trasparenti. (La microscopia a campo chiaro è la normale tecnica del microscopio che la maggior parte delle persone incontra al liceo.)

La luce risplende sul campione o attraverso di esso rivelando tutto ciò che assorbe o disperde fortemente la luce.

Il guaio è che tutto ciò che è trasparente è più o meno invisibile perché la luce lo attraversa direttamente. E sfortunatamente, molti campioni biologici rientrano in questa categoria, compresi i globuli rossi che sono in gran parte trasparenti.

Un modo per aggirare questo problema è sfocare leggermente l'immagine. Poiché i globuli rossi hanno un indice di rifrazione, piegano la luce che li attraversa. Questa flessione introduce un cambiamento di fase nella luce.

Questo cambiamento di fase rende più facile separare questa luce dalla luce che non è passata attraverso la cella. E così facendo, i globuli rossi diventano più scuri e più facili da vedere.

Ciò consente un'analisi più dettagliata delle celle. Misurando i cambiamenti di intensità che questo processo introduce, è possibile ricavare la forma della superficie che genera i cambiamenti di fase. In questo modo si ottiene un'immagine tridimensionale della superficie superiore della cellula.

Adesso Roma e compagni dicono che è possibile andare oltre. Mostrano che prendendo due immagini della cellula, entrambe sfocate di quantità diverse, è possibile elaborare anche la forma della superficie inferiore della cellula. In altre parole, questo strano tipo di immagine stereo sfocata ti dà la forma 3D dell'intera cella.

I risultati sono impressionanti. La tecnica funziona con la normale luce bianca, sebbene questa debba essere filtrata per rimuovere le lunghezze d'onda rosse che i globuli rossi potrebbero assorbire.

Per ottenere due immagini della stessa cella, Roma e co usano un divisore di fascio per inviare luce a due telecamere che sono entrambe sfocate di quantità diverse. I risultati possono quindi essere elaborati utilizzando un algoritmo semplice per produrre immagini 3D delle cellule

Per testare l'idea, Roma e colleghi hanno messo i globuli rossi in varie concentrazioni di soluzioni saline per farli gonfiare. Hanno registrato immagini di 25 cellule ed elaborato i risultati, che sono mostrati sopra.

Dicono che le immagini abbiano una risoluzione entro 300 nanometri, significativamente migliore di quanto sia possibile con tecniche simili. In particolare, mostrano come le cellule aderiscono alla superficie a cui sono attaccate.

Anche la configurazione è relativamente semplice. La tecnica potrebbe essere facilmente adottata da non specialisti, dicono.

Questo è un risultato interessante che mostra quanto affascinanti progressi a basso costo possano ancora essere fatti in microscopia.

Rif: http://arxiv.org/abs/1404.2968 : Imaging 3D totale di oggetti di fase utilizzando la microscopia sfocata: applicazione o globuli rossi

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