Als unverzichtbares Werkzeug zur Beobachtung des Mikrokosmos hat die optische Mikroskopie die Entwicklung verschiedener Bereiche vorangetrieben, darunter Biologie, Medizin, Physik und Materialien. Die optische Beugung erlegt der optischen Mikroskopie jedoch eine Beschränkung der räumlichen Auflösung auf, was die Erforschung feinerer Strukturen behindert.
Um die Auflösungsbeschränkung zu überwinden, wurden verschiedene Superauflösungs-Mikroskopietechniken basierend auf verschiedenen Prinzipien vorgeschlagen. Diese Techniken erzielen jedoch im Allgemeinen eine Superauflösung auf Kosten einer reduzierten Bildgebungsgeschwindigkeit, sodass das Erreichen einer Hochgeschwindigkeitsbildgebung mit Superauflösung, die schnelle Dynamiken mit feinen Strukturen erkennen kann, eine große Herausforderung geblieben ist.
Kürzlich löste ein Forschungsteam der East China Normal University, der Shenzhen University und der Peking University den Widerspruch zwischen räumlicher Auflösung und Bildgebungsgeschwindigkeit. Wie in berichtet Fortgeschrittene Photonikerreichten sie eine Hochgeschwindigkeits-Superauflösung durch die Entwicklung einer effektiven Technik, die als zeitlich komprimierende Superauflösungsmikroskopie (TCSRM) bezeichnet wird. TCSRM verbindet erweiterte temporale Kompressionsmikroskopie mit Deep-Learning-basierter Superauflösungs-Bildrekonstruktion.
Die verbesserte temporale Kompressionsmikroskopie verbessert die Bildgebungsgeschwindigkeit durch die Rekonstruktion mehrerer Bilder aus einem komprimierten Bild, und die Deep-Learning-basierte Bildrekonstruktion erzielt den Superauflösungseffekt ohne Verringerung der Bildgebungsgeschwindigkeit. Ihr iterativer Bildrekonstruktionsalgorithmus umfasst Bewegungsschätzung, Zusammenführungsschätzung, Szenenkorrektur und Superauflösungsverarbeitung, um die Superauflösungsbildsequenz aus komprimierten und Referenzmessungen zu extrahieren.
Ihre Studien bestätigten die Hochgeschwindigkeits-Superauflösungs-Bildgebungsfähigkeit von TCSRM in Theorie und Experiment. Um die Abbildungsfähigkeit von TCSRM zu demonstrieren, bildeten sie fließende fluoreszierende Kügelchen in einem Mikrokanal ab und erreichten eine bemerkenswerte Bildrate von 1200 Bildern pro Sekunde und eine räumliche Auflösung von 100 nm.
Laut dem korrespondierenden Autor Shian Zhang, Professor und stellvertretender Direktor des State Key Laboratory of Precision Spectroscopy an der East China Normal University, „bietet diese Arbeit ein leistungsstarkes Werkzeug zur Beobachtung der Hochgeschwindigkeitsdynamik feiner Strukturen, insbesondere in den Bereichen Hydromechanik und Biomedizin , wie Mikroströmungsgeschwindigkeitsmessung, Organelleninteraktionen, intrazelluläre Transporte und neurale Dynamik.“
Zhang fügt hinzu: „Das Framework von TCSRM kann auch eine Anleitung zum Erreichen einer höheren Bildgebungsgeschwindigkeit und räumlichen Auflösung in der Holographie, kohärenten Beugungsbildgebung und Streifenprojektionsprofilometrie bieten.“
Mehr Informationen:
Yilin He et al, Temporal Compression Super-Resolution Microscopy bei einer Bildrate von 1200 Bildern pro Sekunde und einer räumlichen Auflösung von 100 nm, Fortgeschrittene Photonik (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.2.026003