新しいイメージング技術は、パーティクルを刺激してレーザー光を放出し、より高解像度の画像を生成することができる

Anonim

MIT、ハーバード大学、マサチューセッツ総合病院(MGH)の科学者によって開発された新しいイメージング技術は、深部組織やその他の高密度で不透明な物質の細胞構造を照らすことを目指しています。 彼らの方法は、材料に埋め込まれた小さな粒子を使用し、レーザー光を放出する。

チームはこれらの「レーザー粒子」を人の髪の毛の幅のわずかな部分を測定する小さな箸の形で合成しました。 粒子は、ヨウ化鉛ペロブスカイト(太陽電池パネルでも使用される材料)から作られ、光を効率的に吸収して捕捉する。 研究者が粒子にレーザー光線を当てると粒子が光り、通常の拡散蛍光を発します。 しかし、入って来るレーザーのパワーを特定の「レイジング・スレッショルド」に調整すると、パーティクルは即座にレーザー光を生成します。

MITの大学院生であるSangyeon Choが率いる研究者は、粒子がレーザー光を放出するように刺激して、現在の蛍光ベースの顕微鏡よりも6倍高い解像度で画像を作成できることを示した。

これは、蛍光顕微鏡の分解能が2マイクロメートルに設定されている場合、当社の技術は300ナノメートルの分解能を持つことができることを意味します。 「このアイデアは非常にシンプルですが、非常に強力で、さまざまなイメージングアプリケーションに役立ちます。

Cho氏と彼の同僚は、 Physical Review Letters 誌にその結果を発表した。 彼の共著者には、ハーバード大学の教授であるソン・ヒョンユン(Seok Hyun Yun)教授、 ハーバード大学の研究員であるNicola Martino氏、MGMのPhotomedicineのWellmanセンター所長、 Jozef Stefan Instituteの研究員であるMatjažHumarが挙げられます。 この研究は、ハーバード・MITの保健科学技術部門の一環として行われました。

暗闇の中の光

あなたが暗い部屋で懐中電灯を照らすと、その光は、比較的拡散した、濁った白色光のビームとして現れ、異なる波長と色の混乱を表します。 対照的に、レーザ光は、特定の周波数および色の尖った焦点のある単色光線である。

従来の蛍光顕微鏡法では、科学者は蛍光色素で満たされた粒子を生体組織の試料に注入することができる。 次に、ビームを組織に通すレンズを通してレーザービームを指し、その経路内の蛍光粒子を点灯させます。

しかし、これらの粒子は、微視的な懐中電灯のように、比較的不鮮明でぼやけた輝きを放つ。 このような粒子がより集束したレーザーのような光を放出すると、深部組織および細胞のより鮮明な画像を生成することがある。 近年、研究者らはレーザー発光粒子を開発してきましたが、チョーの研究はこれらのユニークな粒子を画像アプリケーションに適用する最初の研究です。

箸のレーザー

このチームは、最初に、ヨウ化鉛ペロブスカイトから微小な6ミクロンの長さのナノワイヤを合成しました。これは、蛍光灯をトラップし集中させる優れた材料です。 「箸のような」粒子の棒状の形状は、特定の波長の光を粒子の長さに沿って前後に跳ね返させ、定在波または非常に規則的な光のパターンを生成することができ、レーザーに似ています。

研究者は、レーザー粒子が含まれているサンプルプラットフォーム上に、レンズを介して、レーザービームがポンピングされて、顕微鏡のような簡単な光学セットアップ、従来の蛍光顕微鏡と同様。

ほとんどの場合、研究者は、低ポンプパワーで、従来の蛍光色素と同様に、放射された粒子がレーザ刺激に応答して蛍光を発散することを見出した。 しかし、レーザーのパワーを一定のしきい値に調整すると、パーティクルがかなり明るくなり、レーザー光がさらに放射されます。

チョー氏は、LAser Particle Stimulated Emission(LASE)顕微鏡法と命名された新しい光学技術は、特定の焦点面、または生物学的組織の特定の層を画像化するために使用できると述べています。 理論的には、科学者はレーザー粒子をレーザ粒子全体に埋め込まれた組織の3次元サンプルに照射し、レンズを使用して特定の深度にビームを集束させることができると彼は述べている。 ビームの焦点にある粒子だけが、レーザー自体として点灯するのに十分な光またはエネルギーを吸収します。 経路のビームの上流の他のすべての粒子は、より少ないエネルギーを吸収し、蛍光灯のみを放出するはずです。

「この刺激された放射をすべて集めることができ、分光器を使ってレーザーと蛍光灯を非常に簡単に区別することができます。 「光が正常に散乱する生体組織に適用すると、これは非常に強力なものになると予想され、解像度は荒廃しますが、レーザー粒子を使用すると、レーザー光を発する狭い点になります。背景と良好な解像度を達成することができます。

メリーランド大学の助教授であるGiuliano Scarcelliは、この技術の成功は、標準的な蛍光顕微鏡でその技術を成功裏に実施することに頼っていると言います。 これが達成されると、レーザーイメージングのアプリケーションは有望です。

「レーザと蛍光の関係は、信号対ノイズ比が高いため、組織の深部まで測定することができます」と、Scarcelli氏は言います。 一方、実際に見る必要がありますが、光学では深部組織を撮像する方法がありませんので、このトピックに関する研究は歓迎しています。

この技術を生きた組織に適用するために、レーザー粒子は生体適合性でなければならず、ヨウ化ペロブスカイト材料は鉛を含まない。 しかし、チームは現在レーザーのように光らせるために細胞自体を操作する方法を研究しています。

「我々の考えは、細胞を内部光源として使用してみてはいかがですか? チョーは言う。 「我々はその問題について考え始めている」

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