Новая фемтосекундная камера позволяет снимать биопроцессы, происходящие внутри живых клеток - «Наука и технологии»

Исследователи из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) создали новую установку, которая представляет собой фемтосекундную камеру, позволяющую с огромной скоростью снимать все происходящее внутри живых клеток. Эта камера работает за счет анализа искажений прошедшего сквозь исследуемый образец света импульсов фемтосекундного лазера, а на полученных снимках можно увидеть все мельчайшие подробности без необходимости использования специальных контрастных веществ-агентов.

Процессы жизнедеятельности живых клеток представляют собой сложные последовательности биохимических реакций и физических процессов, некоторые из которых проходят с достаточно высокой скоростью. Для изучения таких процессов обычно используются электронные микроскопы, но для этого требуется использование специальных красящих веществ, делающих снимки более контрастными. Помимо улучшения качества снимков, использование веществ-агентов может оказывать отрицательное влияние на метаболизм изучаемых клеток. Новые цифровые голографические микроскопы лишены упомянутого выше недостатка, но они обеспечивают получение снимков с низкой разрешающей способностью.

Новая камера, созданная учеными из ИТМО, позволяет регистрировать даже самые быстрые биохимические процессы, регулируя свою разрешающую способность. Единственным ее ограничением является то, что исследуемые образцы должны быть прозрачными. Устройство синтезирует изображения на основе данных анализа искажений импульса света фемтосекундного лазера, которые возникают при его похождении сквозь объект, а основным источником данных является смещение фазы света.
Исходный импульс лазерного света перед использованием расщепляется на три луча. В первом луче заключено 95 процентов от общего количества энергии импульса и этот луч используется для диагностических и калибровочных целей. Второй луч проходит через исследуемый образец, а третий направляется мимо образца при помощи системы зеркал. Второй луч, прошедший сквозь образец, и третий, выступающий в роли опорного, складываются, и в месте их наложения возникает голографическая картина, состоящая из череды максимумов и минимумов световых волн.
Изменяя положение зеркал, можно заставить опорный луч приходить к "месту встречи" с определенной задержкой. Другими словами, при помощи опорного луча производится сканирование луча, прошедшего через исследуемый образец. Каждый шаг такого сканирования порождает очередной голографический образ и череда этих образов превращается в изображение при помощи быстрого компьютерного алгоритма.

Ученые из ИТМО собираются продолжить работу по совершенствованию созданной ими камеры. Но и в том виде, в котором она существует на сегодняшний день, она уже представляет собой весьма мощный научный инструмент. Помимо того, что новая камера обгоняет все имеющиеся подобные инструменты по скорости работы и по разрешающей способности, ее конструкция гораздо более проста, нежели конструкция любого из мощных современных микроскопов.