Исследователи из Чжэцзянского университета (Китай) представили новый метод микроскопии — SIMIP (Structured Illumination Mid-Infrared Photothermal), который позволяет получать изображения с высоким разрешением и четкой химической информацией одновременно. Работа опубликована в журнале Advanced Photonics.
SIMIP помогает увидеть структуру образца на наноуровне и определить, из каких именно молекул он состоит, причем без необходимости добавлять специальные метки или красители. Метод объединяет два подхода: микроскопию со структурированным освещением и фототермическое детектирование в среднем инфракрасном диапазоне.
Как работает эта технология?
Лазер возбуждает колебания молекул, которые нагреваются и меняют оптические свойства окружающей среды. Одновременно другой лазер и специальное устройство — пространственный световой модулятор — проецируют на образец световые узоры в виде полосовых паттернов (полосатых световых рисунков, которые позволяют «подсветить» скрытые детали, обычно остающиеся неразличимыми).
Модифицированные флуоресцентные сигналы фиксируются научной CMOS-камерой (sCMOS) — это высокочувствительная камера, способная фиксировать даже слабые изменения свечения.
После этого изображения обрабатываются с помощью специальных алгоритмов, которые позволяют четко различать области, где молекулы были нагреты («горячие зоны»), и участки без нагрева («холодные зоны»). Чтобы проверить точность метода, ученые применили пластиковые шарики с чувствительными к нагреву красителями. Полученные спектры совпали с результатами традиционной инфракрасной спектроскопии.
Что дает новый способ микроскопии?
По результатам экспериментов метод продемонстрировал разрешение до 60 нанометров при скорости более 24 кадр/с. Это значительно лучше, чем у традиционных методов среднеинфракрасной фототермической микроскопии. Например, в обычных системах ширина исследуемых объектов (на уровне полувысоты сигнала, FWHM) обычно около 444 нм, тогда как SIMIP удалось добиться 335 нм, что примерно в 1,5 раза четче, чем стандартные методы.
SIMIP позволяет различать даже те объекты, которые слишком малы или расположены слишком близко друг к другу для стандартных микроскопов. Например, ученым удалось определить, где в образце находятся полистирол и полиметилметакрилат — два разных полимера, которые невозможно различить при обычной флуоресцентной микроскопии.
Метод открывает новые возможности для изучения биологических и химических образцов. В будущем команда планирует доработать технологию для еще более быстрого сканирования и повышения чувствительности, а также упростить ее интеграцию в уже существующие лабораторные установки.
Ранее рассказывалось, что найден способ автоматизации электронной микроскопии.
