Um arsenal de ferramentas avançadas de microscopia está agora disponível para fornecer visualização de alta qualidade de células e organismos em 3-D e, portanto, fundamentou nossa compreensão dos complexos sistemas e funções biológicas.

Em um novo artigo publicado em Light:Ciência e Aplicações , uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Hong Kong (HKU) desenvolveu uma nova forma de modalidade de imagem, microscopia de matriz de folha de luz codificada cunhada (CLAM) que permite imagens de fluorescência totalmente paralelas em 3-D sem qualquer mecanismo de varredura - uma capacidade que, de outra forma, é desafiadora nas técnicas existentes.

Técnicas de microscopia biológica 3-D estabelecidas, notavelmente confocal, microscopia multifotônica, e microscopia de fluorescência de folha de luz (LSFM), dependem predominantemente de digitalização a laser para captura de imagem. Ainda, vem à custa da velocidade de geração de imagens, porque todo o volume deve ser escaneado sequencialmente ponto a ponto, linha a linha ou plano a plano a uma velocidade limitada pelos movimentos mecânicos que envolvem as partes da imagem.

Pior ainda, muitas abordagens de varredura em série excitam repetidamente a fluorescência fora de foco, e assim acelerar o fotobranqueamento e os fotodanos. Portanto, não são favoráveis ​​a longo prazo, imagens volumétricas em grande escala exigidas criticamente em aplicações tão diversas como a ciência anatômica, biologia do desenvolvimento e neurociência.

A paralelização 3-D no CLAM requer iluminação ainda mais suave para atingir um nível semelhante de sensibilidade de imagem na mesma taxa de quadros volumétrica. Portanto, reduz ainda mais a taxa de fotodegradação e, portanto, o risco de fotodanos. Este é um atributo crítico para preservar a viabilidade do espécime biológico em estudos de monitoramento de longo prazo.

O coração do CLAM é o conceito de "espelho infinito" (ou seja, um par de espelhos paralelos), que é comum em artes visuais e decoração, e foi anteriormente adotado pela mesma equipe para permitir imagens optofluídicas ultrarrápidas de uma única célula. Aqui, a equipe empregou o "espelho infinito" junto com a modelagem de feixe simples para transformar um único feixe de laser em uma matriz de alta densidade de algumas dezenas de folhas de luz para excitação de fluorescência paralelizada 3-D.

"Uma característica distinta do CLAM é sua capacidade de reconfigurar com flexibilidade a densidade espacial e a coerência temporal da matriz de placa de luz, simplesmente ajustando a geometria do espelho, como separação de espelho e ângulo de inclinação, "explicou o Dr. Yuxuan Ren, a pesquisadora de pós-doutorado e a primeira autora do trabalho.

"Esta capacidade tem sido desafiadora nos métodos de modelagem de frente de onda coerentes existentes, ainda pode permitir LSFM 3-D paralelizado eficiente em imagens de tecidos dispersos com artefato mínimo de manchas, "Ren acrescentou.

CLAM também adota multiplexação por divisão de código (CDM) (por exemplo, multiplexação por divisão de frequência ortogonal demonstrada neste trabalho), uma técnica amplamente utilizada em telecomunicações, para imprimir o sinal de fluorescência de cada plano de imagem com um código único. Como resultado, ele permite a captura de imagem 3-D paralelizada com corte óptico usando um sensor de imagem 2-D.

"CLAM não tem limitação fundamental para aumentar a taxa de volume conforme a tecnologia da câmera avança continuamente, "Dr. Kevin Tsia, Professor Associado do Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da HKU e o principal pesquisador da equipe destacou.

"Também, CLAM pode ser adaptado a qualquer sistema LSFM existente com o mínimo de hardware ou modificação de software. Portanto, está prontamente disponível para disseminação para a comunidade mais ampla de LSFM e técnicas de imagem 3-D relacionadas, "adicionou Tsia.