Nanoskopy na chipie zapewniają stabilny i niedrogi wgląd w świat atomów
Obecnie, aby uzyskać obrazy wysokiej rozdzielczości, techniki nanoskopii optycznej wykorzystują szkiełka podstawowe i nakrywkowe, które przytrzymują próbki, oraz zaawansowane mikroskopy. Takie mikroskopy mają jednak swoje ograniczenia, są bardzo złożone i drogie – cena niektórych potrafi sięgać nawet 1 miliona EUR. Partnerzy finansowanego ze środków UE projektu NANOSCOPY (High-speed chip-based nanoscopy to discover real-time sub-cellular dynamics) ogłosili niedawno odkrycie alternatywnego rozwiązania, w którym próbki umieszczane są na zaawansowanym fotonicznym chipie i obraz uzyskiwany jest za pomocą standardowego mikroskopu optycznego. Chip przytrzymuje próbkę, tak jak tradycyjne szkiełka mikroskopowe, zapewniając jednocześnie falowód oświetlający próbkę wedle szablonu wymaganego do osiągnięcia obrazów w ultrarozdzielczości. Nanoskop, który jest zarówno mniejszy, jak i tańszy Zespół NANOSCOPY zademonstrował wykorzystanie zaawansowanego chipa optycznego w dwóch różnych podejściach. Falowody składające się z materiału o wysokim kontraście współczynnika załamania zapewniły silne pole zanikające wykorzystywane do przełączania pojedynczych molekuł i pobudzania fluorescencji, co umożliwiło mikroskopię lokalizującą pojedyncze molekuły na chipie. Dodatkowo wielomodalne obrazy interferencyjne wzbudzały zmienność intensywności fluorescencji przestrzennej, zapewniając możliwość obrazowania w ultrarozdzielczości na bazie fluktuacji. Ponieważ nanoskopia na chipie oddziela ścieżki iluminacji i wykrywania światła, możliwe jest wzbudzenie łącznej wewnętrznej odbiciowej fluorescencji na dużym polu widzenia – podczas demonstracji było to nawet 0,5 × 0,5 mm. Masowa produkcja tych fotonicznych chipów, podobnie jak w przypadku chipów krzemowych, utrzymałaby koszty na niskim poziomie, sprzyjając upowszechnianiu się tego rozwiązania. Jak wyjaśnia członek zespołu projektowego, dr Balpreet Singh Ahluwalia, z Uniwersytetu w Tromsø: „Mamy nadzieję, że ta zaleta nasili przenikanie nanoskopii optycznej do krajów rozwijających się. W środowisku badawczym, gdzie środki są ograniczone, większość laboratoriów wyposażonych jest w niskiej jakości mikroskopy optyczne, ponieważ koszty nanoskopu, które trzeba ponieść na początku, są niebotyczne”. Patrząc w przyszłość Podsumowując zalety nowej technologii, dr Ahluwalia dodał: „Oprócz małych rozmiarów, stabilności i dostępności cenowej, nasz nanoskop na chipie pozwala uchwycić obraz na wyjątkowo dużym polu widzenia. Można uzyskać obrazy w ultrarozdzielczości pola widzenia 100 razy większego niż to, jakie zapewniają obecnie komercyjne systemy nanoskopowe”. Takie zalety mogą być przydatne w wielu obszarach medycyny, zwłaszcza patologii, gdzie mikroskop optyczny zwykle skanuje na raz obszar 50 mikronów, co powoduje, że trzeba dni na zbadanie całej próbki tkanki, krwi czy moczu o powierzchni kilku milimetrów kwadratowych. Obecnie zespół zajmuje się komórkami wątroby, aby lepiej poznać proces filtracji. Wcześniej było to niemożliwe, ponieważ wyspecjalizowane komórki zawierają nanootwory o szerokości zaledwie 50–200 nanometrów, których nie można dojrzeć za pomocą zwykłego mikroskopu. W ramach dążeń do umożliwienia wyposażenia w fotoniczny chip jak największej liczby standardowych mikroskopów optycznych, zespół projektowy prowadzi aktualnie rozmowy z potencjalnymi producentami. Jak podsumowuje dr Ahluwalia: „Nasza argumentacja ‘business case’ jest mocna. Proszę wyobrazić sobie ekspres do kawy, w którym użytkownik musi jedynie wymienić kawę, aby móc rozkoszować się espresso, co jest znacznie tańsze niż kupno nowego ekspresu”. Więcej informacji: strona projektu w serwisie CORDIS
Kraje
Norwegia
