Avanzamenti nella microscopia olografica THG

La microscopia a generazione di terza armonica è una tecnica che permette agli scienziati di vedere le strutture biologiche senza usare coloranti o etichette. È utile per studiare tessuti vivi, dove usare sostanze chimiche potrebbe disturbare il campione. I metodi tradizionali di imaging hanno delle limitazioni. Spesso misurano solo quanto è luminoso il segnale, perdendo Informazioni sulla fase, che sono importanti per capire il quadro completo del campione. Questo articolo discute un nuovo metodo che combina la generazione di terza armonica con l'olografia per catturare sia le informazioni di luminosità che di fase nell'imaging biologico.

#Perché la Generazione di Terza Armonica?

La generazione di terza armonica (THG) si verifica quando un materiale interagisce con la luce, producendo luce a una frequenza tre volte superiore a quella originale. Questo accade nei Campioni Biologici e può essere usato per visualizzare strutture come membrane cellulari, corpi lipidici e vari aspetti cellulari. Poiché questo metodo non richiede etichette, è una vera rappresentazione della struttura interna del campione.

Uno dei punti di forza della THG è la sua capacità di penetrare più in profondità nei tessuti biologici rispetto alle tecniche di imaging tradizionali. Usare lunghezze d'onda di luce più lunghe migliora la lunghezza di scattering, permettendo ai ricercatori di vedere dettagli che non sono visibili con lunghezze d'onda più corte.

#Limitazioni della Microscopia THG Tradizionale

La microscopia THG tradizionale di solito usa un approccio a scansione puntuale. Questo significa che il laser si concentra su un piccolo punto alla volta per raccogliere immagini. Anche se è efficace, ha qualche svantaggio:

1. Campo Visivo Limitato: La scansione puntuale fornisce una vista ristretta, rendendo difficile catturare aree più grandi in un'unica immagine.
2. Tempo di Scansione Lungo: Poiché ogni punto deve essere scansionato singolarmente, ci vuole molto tempo per creare un'immagine completa.
3. Perdita di Informazioni sulla Fase: I metodi tradizionali non catturano la fase della luce, il che può portare a una perdita di informazioni critiche sul campione.

Queste limitazioni hanno portato a una necessità di tecniche migliorate che possano superare queste sfide.

#Introduzione all'Imaging olografico

L'imaging olografico è una tecnica che registra il campo luminoso proveniente da un campione in modo da preservare sia le informazioni di ampiezza che di fase. Questo permette ricostruzioni più dettagliate del campione. La combinazione di THG e olografia può aiutare a creare immagini più complete dei campioni biologici.

Utilizzando l'imaging olografico, i ricercatori possono registrare il pattern di interferenza tra la luce diffusa dal campione e un fascio di luce di riferimento. Questo pattern contiene tutte le informazioni necessarie per estrarre sia la luminosità che la fase del segnale THG.

#Il Nuovo Sistema di Microscopia Olografica THG

Il sistema appena sviluppato per la microscopia olografica THG funziona come uno strumento di imaging a campo ampio, permettendo di scansionare aree più grandi rapidamente. L'illuminazione è più ampia rispetto al focus puntuale tipico, il che riduce il tempo necessario per catturare le immagini. Inoltre, usare luce a bassa intensità aiuta a proteggere i delicati campioni biologici dai danni.

Il sistema utilizza olografia digitale fuori asse per migliorare i deboli segnali THG. Questo metodo cattura le informazioni sulla fase, permettendo la ricostruzione di immagini di alta qualità. L'approccio olografico fornisce un nuovo modo di registrare segnali complessi che prima non erano disponibili nei set-up THG tradizionali.

#Affrontare Aberrazioni Ottiche

Uno dei problemi principali con i sistemi di imaging sono le aberrazioni ottiche. Queste distorsioni possono derivare da vari fattori, come imperfezioni nelle lenti o variazioni nel campione stesso. Senza correzione, queste aberrazioni possono portare a immagini di scarsa qualità.

Il nuovo sistema include anche un modo per correggere queste distorsioni. Un algoritmo computazionale stima le distorsioni di fase dovute alle aberrazioni e le corregge. Facendo ciò, diventa possibile combinare gli ologrammi individuali presi in varie posizioni in un'immagine chiara e non distorta.

#Benefici della Tecnica Olografica THG

Questo nuovo approccio alla microscopia THG offre diversi vantaggi:

1. Cattura Informazioni sulla Fase: La capacità di registrare informazioni sulla fase aggiunge profondità alle capacità di imaging, permettendo agli scienziati di studiare la struttura e le funzioni dei campioni biologici in modo più efficace.
2. Maggiore Velocità e Efficienza: Catturando aree più grandi in un'unica immagine, il tempo necessario per scansionare i campioni è ridotto significativamente.
3. Migliore Qualità dell'Immagine: Le tecniche di correzione della fase portano a immagini di qualità superiore, senza distorsioni, fornendo una visione più chiara delle strutture biologiche.
4. Applicazioni Versatili: Questo metodo non è limitato a un tipo specifico di campione e può essere usato per studiare una varietà di sistemi biologici, come tessuti cancerosi o ossa in sviluppo.

#Applicazioni nell'Imaging Biologico

Il sistema di microscopia olografica THG apre nuove porte per la ricerca in molte aree della biologia e della medicina. Per esempio, può essere usato per:

• Ricerca sul Cancro: Esaminando le strutture dei tumori e l'interazione delle cellule tumorali con il loro ambiente, i ricercatori possono ottenere informazioni sulla biologia del cancro e potenzialmente identificare nuovi trattamenti.
• Biologia dello Sviluppo: Studiare come i tessuti si sviluppano e cambiano in tempo reale può essere ottenuto usando questa tecnica, offrendo una migliore comprensione dei processi di crescita.
• Neuroscienza: Investigare la struttura dei tessuti neurali e osservare i cambiamenti durante varie condizioni neurologiche è possibile con le capacità di imaging migliorate.

#Conclusione

L'introduzione della microscopia olografica THG rappresenta un significativo avanzamento nelle tecniche di imaging. Combinando i vantaggi della generazione di terza armonica e dell'olografia, i ricercatori possono ottenere immagini di alta qualità che contengono sia informazioni di ampiezza che di fase. Questo apre nuove possibilità per studiare le strutture complesse dei campioni biologici senza la necessità di etichettatura, fornendo una rappresentazione più accurata dei dettagli intricati presenti nei tessuti vivi.

Questa tecnica promette di migliorare la nostra comprensione di vari processi biologici e potrebbe portare a nuove scoperte nella ricerca medica e nella diagnostica. Man mano che la tecnologia continua a svilupparsi, potrebbe aprire la strada a numerose applicazioni, avvantaggiando infine diversi campi della biologia e della medicina.