نوع جديد من تكنولوجيا المجهر الضوئي المنظم فائق الدقة مع جهاز عرض الأشعة فوق البنفسجية

قام أستاذ من معهد هاربين للتكنولوجيا بتطوير نوع جديد من تقنية المجهر الضوئي المنظم فائق الدقة، وهو مناسب لتصوير الخلايا الحية.

في 16 نوفمبر، نُشرت أخيرًا ورقة بحثية شارك فيها البروفيسور لي هاويو من معهد الأجهزة التابع لمعهد هاربين للتكنولوجيا، في مجلة Nature Biotechnology. وقال: "ما دمنا نتحلى بالفضول تجاه العالم، فلن نتوقف عن البحث عن الحلول".

عنوان البحث هو "التفاف المتناثر يُحسّن دقة مجهر الفلورسنت فائق الدقة للخلايا الحية". شارك في كتابة البحث كلٌّ من البروفيسور لي هاويو من معهد هاربين للتكنولوجيا، والبروفيسور تشين ليانغيي من جامعة بكين.

يُمثل نشر هذه الورقة البحثية إنجازًا كبيرًا للسيد لي هاويو وزملائه في مجال تقنية التصوير المجهري البصري فائق الدقة. ففي ظل انخفاض السمية الضوئية، رُفعت دقة المجهر الضوئي المنظم من 110 نانومتر إلى 60 نانومتر، مما مكّن من تصوير الخلايا الحية بدقة فائقة وسرعة عالية وطويلة الأمد.

قال لي هاويو إن الدقة البصرية الفائقة حطمت حدّ حيود الضوء الفيزيائي. وقد مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لعام ٢٠١٤ لعلماء حلّوا هذه الحدود الفيزيائية بالتلاعب بالبروتينات الفلورية.

حتى الآن، وصلت الطرق الفيزيائية والكيميائية لتحقيق تصوير فائق الدقة إلى مرحلة الاختناق، ويواجه السعي لتحقيق دقة مجهر أعلى تحديات كبيرة. هذا البحث هو في الواقع إطار خوارزمية رياضية معممة، يمكنه مضاعفة دقة تصوير العديد من أجهزة المجهر الفلوري الشائعة الاستخدام.

لنأخذ المجهر البؤري الدوار كمثال. تبلغ الدقة العادية لجهازه التجاري حوالي 160 نانومتر. بفضل هذا الإنجاز، يمكن تحسينها إلى حوالي 80 نانومتر. لذلك، حسّن الفريق دقة حدّ عنق الزجاجة التي يمكن الوصول إليها سابقًا من منظور حساب التحسين.

في هذا البحث، اقترح هو وفريقه طريقة تصوير مجهرية حاسوبية قادرة على تجاوز حد الحيود الضوئي. يقوم المبدأ الأساسي على أنه باستخدام النموذج الفيزيائي الأمامي للتصوير الفلوري ونظرية إدراك الضغط، يمكن إنشاء طريقة عامة لحل الصور باستخدام القيود المزدوجة للتشتت واستمرارية الزمكان. الإطار مزود بتقنية فك الالتواء المتفرق، التي تتخطى قيود الأجهزة لنظام المجهر الضوئي فائق الدقة السابق، كما يمكن توسيع الدقة المكانية والزمانية والطيف.

بناءً على هذه التقنية، طوّر لي هاويو وآخرون، بالتعاون مع فريق تشين ليانغيي من جامعة بكين، نظام مجهر فلوري فائق الدقة فائق السرعة (Sparke SIM)، يتميز بدقة فائقة، وإنتاجية عالية، وسمية منخفضة، وعدم تدخل جراحي، وغيرها. في التصوير عالي السرعة، لا يستطيع النظام تحقيق دقة 60 نانومتر فحسب، بل يحقق أيضًا تصويرًا ديناميكيًا وسريعًا للغاية للخلايا الحية لأكثر من ساعة.

وبمساعدة تقنية التصوير في هذا الإنجاز، يمكن أيضًا ملاحظة الشبكة الديناميكية للأكتين، والسلوك السريع للليزوزومات والقطرات الدهنية في الخلايا العميقة، ويمكن أيضًا ملاحظة الحركة الدقيقة بين الأغشية الداخلية والخارجية للميتوكوندريا ثنائية اللون.

باختصار، بناءً على الطرق الفيزيائية والكيميائية، اقترح لي هاويو وفريقه نموذجًا خوارزميًا عامًا لاختراق حد الحيود الضوئي من منظور رياضي مختلف. لم يقتصر هذا البحث على كونه بحثًا أصيلًا من 0 إلى 1، بل طوّر أيضًا جهازًا مجهريًا فائق الدقة يتميز بأعلى دقة وأطول زمن تصوير وأسرع سرعة تصوير في مجال المجهر الضوئي للخلايا الحية.

ومن المثير للدهشة أن هذا الإطار التقني أثبت أنه قابل للتطبيق أيضًا على معظم أوضاع نظام التصوير المجهري الفلوري الحالية، والتي يمكنها تحقيق ضعف التحسن في الدقة المكانية المستقرة تقريبًا، مما يوفر جيلًا جديدًا من أدوات التصوير الطبي الفائق الدقة للطب الدقيق والبحث والتطوير في مجال الأدوية الجديدة، مما يجعل من الممكن تسريع توصيف نماذج الأمراض بدقة عالية في المستقبل بشكل كبير.