Os pesquisadores desenvolveram uma nova lente plug-and-play que pode adicionar correção óptica adaptativa aos microscópios ópticos comerciais. A imagem mostra uma seção do cérebro de um rato adquirida com um microscópio óptico e corrigida com lentes adaptativas. Crédito:T. Furieri (CNR-IFN), G. Calisei e A. Bassi (Politécnico de Milão), E. Daini e A. Vilella (Universidade de Modena e Reggio Emilia)
Os pesquisadores desenvolveram um novo dispositivo plug-and-play que pode adicionar correção óptica adaptativa aos microscópios ópticos comerciais. A óptica adaptativa pode melhorar muito a qualidade das imagens adquiridas profundamente em amostras biológicas, mas tem, até agora, extremamente complexo de implementar.
"Melhorar a tecnologia disponível para os cientistas da vida pode aumentar nossa compreensão da biologia, que vai, por sua vez, levar a melhores medicamentos e terapias disponíveis para os médicos, "disse o líder da equipe de pesquisa, Paolo Pozzi da Universidade de Modena e Reggio Emilia na Itália.
No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , Pozzi e uma equipe multidisciplinar de pesquisadores da Delft University of Technology (TU Delft), O CNR-Institute for Photonics and Nanotechnology (CNR-IFL) e o University Medical Center Rotterdam descrevem seu novo dispositivo de lente adaptativa. Eles também mostram como ele pode ser facilmente instalado na lente objetiva de um microscópio multifotônico comercial para melhorar a qualidade da imagem.
"Esta abordagem permitirá que técnicas ópticas avançadas, como microscopia multifotônica, criem imagens mais profundas sob a superfície do cérebro em organismos vivos, "disse Stefano Bonora, líder do grupo no CNR-IFL. "Estamos ansiosos para ver como ele também pode ser implementado em outros sistemas, como microscópios de folha de luz, sistemas de super-resolução, ou mesmo microscópios de epifluorescência simples. "
Imagem mais profunda
A microscopia óptica pode ser usada para obter imagens de amostras biológicas em condições naturais, tornando possível observar vários processos biológicos ao longo do tempo. Contudo, conforme a luz viaja através do tecido, ela é distorcida. Essa distorção fica pior à medida que a luz viaja mais profundamente no tecido, fazendo com que as imagens pareçam borradas e obscurecendo detalhes importantes.
Óptica adaptativa, uma tecnologia desenvolvida inicialmente para compensar a turbulência atmosférica ao usar telescópios para visualizar objetos celestes, pode ser usado para corrigir as aberrações ópticas que ocorrem durante a geração de imagens através de tecido espesso. Contudo, fazer isso normalmente requer a construção de um microscópio personalizado que incorpora um espelho deformável. Este espelho é usado para compensar as distorções, criando uma imagem que parece nítida e clara.
"Incluir um espelho deformável em um microscópio existente é quase impossível, e nenhum microscópio adaptável comercial está disponível no mercado ainda, "disse Pozzi." Isso significa que a única opção para um cientista da vida usar óptica adaptativa é construir o microscópio inteiro do zero, uma operação que é muito difícil e demorada para a maioria dos laboratórios de ciências biológicas. "
A lente adaptativa é simplesmente montada em uma objetiva de microscopia para adicionar correção ótica adaptativa a qualquer microscópio existente com objetivas intercambiáveis que também exibem imagens em uma tela de computador. Crédito:Dynamic Optics
Uma abordagem mais simples
Para simplificar esta configuração, os pesquisadores criaram uma lente inteligente feita com vidro tão fino que pode dobrar sem quebrar. A lente consiste em um recipiente de vidro em forma de disco cheio de um líquido transparente. Um conjunto de 18 atuadores mecânicos nas bordas do vidro pode ser controlado com um computador para dobrar o vidro na forma desejada.
A lente funciona como o espelho deformável usado na maioria das configurações de óptica adaptativa, mas em vez de refletir a luz, ele transmite luz. Conforme a luz viaja através do líquido dentro da lente, fica distorcido de forma diferente dependendo do formato da lente. "Isso é semelhante às imagens distorcidas que você vê quando olha através de uma garrafa de água enquanto a espreme com as mãos, "disse Bonora.
Usar a lente para correção óptica adaptativa requer um algoritmo complexo para controlar os atuadores. "A correção óptica eficiente foi possibilitada pelo algoritmo DONE (banco de dados on-line não linear extremum-seeker), uma solução muito elegante baseada em princípios semelhantes ao aprendizado de máquina, que desenvolvemos anteriormente na TU Delft, "disse Pozzi.
Resultados rápidos
Os pesquisadores testaram o novo software, que também é disponibilizado para outras pessoas por meio do github, e lente adaptativa, aplicando-a à lente objetiva de um microscópio multifotônico comercial. Eles usaram o microscópio para realizar imagens de cálcio no cérebro de ratos vivos, um dos experimentos de ciências da vida mais complexos realizados com microscópios.
"Superamos nossas expectativas ao alcançar bons resultados em poucas horas, "disse Pozzi." Esta tecnologia pode ser adaptada em qualquer microscópio existente que tenha objetivas intercambiáveis e exiba imagens em uma tela de computador. "
Os pesquisadores agora estão testando o sistema em outros tipos de microscópios e amostras, enquanto também exploram se múltiplas lentes adaptativas poderiam ser usadas para obter uma correção melhor do que seria possível com técnicas mais complexas usando espelhos deformáveis. A equipe também fundou uma empresa spin-off, Dynamic Optics srl, para comercializar as lentes adaptativas multiactuator.
A nova lente também pode ser útil para aplicações além da microscopia. "Nosso novo dispositivo também pode ser aplicado em outros campos, como comunicações ópticas de espaço livre, onde poderia aumentar as taxas de conexão de dados e trazer conexões de dados para áreas remotas e isoladas, "disse Pozzi.
