Araştırmacılar, düz olmayan nesnelerin son derece büyük, yüksek çözünürlüklü resimlerini tek bir anlık görüntüde elde edebilen yeni bir mikroskop türü geliştirdiler. Bu yenilik araştırma ve tıbbi teşhisleri hızlandırabilir veya kalite denetim uygulamalarında yararlı olabilir.
Araştırma ekibi lideri Roarke Horstmeyer, “Geleneksel mikroskoplar numunenin mükemmel düz olduğunu varsaymasına rağmen, doku kesitleri, bitki örnekleri veya esnek malzemeler gibi gerçek hayattaki örnekler kavisli, eğimli veya düzensiz olabilir.” Dedi.
“Yaklaşımımızla, odağı numune boyunca ayarlamak mümkündür, böylece yavaş tarama veya pahalı özel lenslerden kaçınırken, numune yüzeyi düz olmasa bile her şey odakta kalır.”
Dergide Optik harfleraraştırmacılar, panorama dedikleri mikroskopun, örneği hareket ettirmeden, bir insan saçının çapında, bir insan saçının 1/60 ila 1/120 çapını – yakalayabileceğini göstermektedir. Ortalama akıllı telefon kamera görüntüsünden 10 ila 50 kat daha fazla piksele sahip ayrıntılı bir gigapiksel ölçekli görüntü üretir.
Horstmeyer’in laboratuvarında doktora öğrencisi Haitao Chen, “Bu araç büyük alan, ayrıntılı görüntülemeye ihtiyaç duyulursa kullanılabilir. Örneğin, tıbbi patolojide, bir biyopsi gibi tüm doku slaytlarını neredeyse anında hücresel çözünürlükte tarayabilir.” Dedi.
“Malzeme biliminde veya endüstriyel denetimde, bir yonga gofret gibi büyük yüzeyleri yüksek ayrıntılı olarak denetleyebilir.”
Büyük ölçekli netlik
Geleneksel mikroskoplar neredeyse her zaman yüksek detaylı küçük bir alanı veya düşük detaylı geniş bir alan görüntüleme arasında bir dengeye sahiptir. Yüksek çözünürlüklü gigapiksel görüntülerin üretilmesi tipik olarak karmaşık optik veya bir numunenin karo taramasının zaman alıcı görevini gerektirir.
Ek olarak, gerçek numuneler nadiren santimetre ölçekli bir görünüm boyunca mükemmel bir şekilde düzdür, bu da tipik olarak çeşitli parçaları odaklanmak için mekanik olarak yukarı ve aşağı taramayı gerektirir ve görüntüleme işlemini daha da yavaşlatır.
Bu zorlukların üstesinden gelmek için araştırmacılar, tek bir dev mikroskop gibi davranan çok kamera sistemi olarak düşünülebilecekleri yarattı. Mikroskop, çip yapımı için geliştirilen telekentrik bir lensi, numunenin bir görüntüsünü 48 küçük kameradan oluşan düz bir diziye yansıtan büyük bir tüp lens ile birleştirir, her biri sahnenin veya numunenin bir kısmını görüntüleyin.
Her kamera, numune yüzeyine uyacak şekilde bağımsız olarak odaklanabildiğinden, numune kavisli olsa bile tüm görüş alanı keskin kalır. Bu, bir saate kadar sürebilen tarama ihtiyacını ortadan kaldırır. Her kameradan gelen görüntüler, yaklaşık beş ila 10 dakika süren bir işlem olan yazılım kullanarak otomatik olarak sürekli bir resme yerleştirilir.
Chen, “Telecentric lens, çok geniş bir alanı bozulmadan görüntülemeyi mümkün kılar, çok kamera yaklaşımı tek bir sensörün olağan boyut ve çözünürlük sınırının üstesinden gelir.” Dedi. “Bu kombinasyon, tek bir anlık görüntüde kesintisiz, gigapiksel bir görüntü elde etmemizi sağlıyor ve herhangi bir eğriliği adapte bir şekilde düzleştiriyor.”
Bir atış, yüksek detay
Araştırmacılar, yeni mikroskobu, doku yapısını ortaya çıkarmak için beyaz ışık kullanan parlak alan aydınlatması altında hazırlanmış bir sıçan beyin dokusu slaytını görüntüleyerek test ettiler. Herhangi bir tarama yapmadan, 48 kamera dizisi bir anlık görüntüde tüm dilimi-630 MP görüntüsünü-yakaladı. Ortaya çıkan görüntü, 0.84 um kadar küçük ölçümün yanı sıra numune boyunca nöronlar ve dendritleri açıkça gösterdi.
Ayrıca mikroskobu aynı anda hafifçe kavisli bir yüzey üzerine yerleştirilmiş soğan derisinin parlak bir alan ve floresan görüntüsünü elde etmek için kullandılar. Her kamerayı yerel eğriliğe odakladıklarında, tüm kavisli tabaka keskin kaldı. Brightfield görüntüleri net hücre duvarları ortaya çıkarırken, floresan görüntüleri açıkça lekeli çekirdekler gösterdi.
Horstmeyer, “Pratik anlamda, verim ve esneklikte büyük bir sıçrama gördük: artık hareketli parça yok, sıkıcı odak istifleme yok ve kameralar arasında kör nokta yok.” Dedi.
“Boşlukları doldurmak ve odağı sürdürmek için tarama gerektiren eski çoklu kameralı mikroskoplarla karşılaştırıldığında, yaklaşımımız mikron altı çözünürlükte sürekli tam kapsam sağlıyor.”
Araştırmacılar şimdi tek bir atışta daha büyük bir petri yemeği gibi daha büyük bir alanı yakalamak için daha fazla kamera veya daha büyük sensör ekleyerek mikroskobu geliştirmek için çalışıyorlar.
Ayrıca otomatik bir odak sistemi geliştiriyorlar, bu nedenle her kameranın artık her örnek için manuel olarak ayarlanması gerekmiyor. Hesaplamalı ilerlemeler, 3D rekonstrüksiyonları, gerçek zamanlı derinlik haritalarını veya mikroskobik süreçlerin canlı videosunu da etkinleştirebilir.
