Un equipo de la Universidad Hebrea de Jerusalem introdujo un nuevo método para la microscopía de fluorescencia a escala de megapíxeles a través de medios de dispersión complejos. Este enfoque resuelve imágenes de alta resolución de varias decenas de marcos de microscopio de fluorescencia de campo amplio sin necesidad de equipos especializados, como moduladores de luz espacial o procesamiento computacional intensivo.
Un estudio reciente publicado en Science Advances, dirigido por el estudiante de doctorado Gil Weinberg, el estudiante de maestría Elad Sunray y el profesor Ori Katz del Instituto de Física Aplicada de la Universidad Hebrea de Jerusalem, presenta un nuevo enfoque para las imágenes de fluorescencia.
Este método innovador supera los efectos perjudiciales de la dispersión extrema de la luz en la microscopía de fluorescencia convencional, una de las técnicas de imagen más cruciales en las ciencias de la vida.
Con el apoyo de la financiación del Consejo Europeo de Investigación, el estudio presenta una técnica de imagen de alta resolución capaz de resolver medios de dispersión complejos, con aplicaciones prometedoras en investigación biológica, ciencia de materiales y más.
La dispersión aleatoria de la luz dentro o a través de muestras densas y complejas a menudo dificulta la obtención de imágenes de fluorescencia, lo que provoca una distorsión significativa de la imagen. Si bien las imágenes coherentes no invasivas a través de medios complejos han progresado en los últimos años, las imágenes de fluorescencia han permanecido limitadas por los requisitos de objetivos dispersos, controles de frente de onda complejos o grandes conjuntos de datos.
Los investigadores demuestran la reconstrucción de imágenes a escala de megapíxeles con menos de 150 fotogramas de microscopio de fluorescencia de campo amplio adquiridos bajo iluminaciones cambiantes aleatorias desconocidas, todo ello sin utilizar moduladores de luz espacial (SLM) o recursos computacionales intensivos. Su implementación eficiente en memoria reduce drásticamente las demandas computacionales, lo que permite la obtención de imágenes de muestras grandes e intrincadas. A diferencia de los enfoques anteriores, esta técnica no depende de suposiciones sobre la dispersión de los objetos ni requiere el manejo de distorsiones de frente de onda de bajo orden.
Un elemento central del enfoque es la construcción de una “matriz de reflexión virtual basada en fluorescencia”, un análogo a la bien estudiada matriz de reflexión coherente en óptica y ultrasonido, utilizando un número limitado de fotogramas iluminados aleatoriamente. Una vez que se formula esta equivalencia matemática, cualquiera de las técnicas de compensación de dispersión computacional bien establecidas y potentes desarrolladas para obtener imágenes coherentes se puede aplicar a imágenes de fluorescencia incoherentes.
Este avance mejora la investigación biológica, permitiendo una visualización más clara de las estructuras dentro de los tejidos densos. Su compatibilidad con las configuraciones de microscopía convencionales mejora la accesibilidad tanto para los investigadores académicos como para los industriales, lo que contribuye al progreso de las imágenes ópticas y proporciona nuevas posibilidades para explorar sistemas complejos.
El artículo de investigación “Noninvasive megapixel fluorescence microscopy through scattering layers by a virtual incoherent reflection-matrix”, ya está disponible en Science Advances.
Investigadores:
Gil Weinberg, Elad Sunray y Ori Katz.
Instituto de Física Aplicada, Universidad Hebrea de Jerusalem.
