PRISM-Technik durchbricht Lichtbeugungsgrenze für Live-Zell-Imaging in Raum und Zeit

Forscher entwickeln neue Technik (PRISM), die jenseits der Lichtbeugung beobachtet. Erfasst exceptionelle Ansichten in lebenden Zellen durch Super-Resolution räumlich-zeitliches Imaging.

Hintergrund: Limitierungen bestehender Methoden

Jahrzehntelang Wide-Field-Fluoreszenz-Imaging (PALM, STORM) für subzelluläre Strukturen. Erfordern Hunderte/Tausende Raw-Bilder in langen Sequenzen. Erhöhung räumlicher Auflösung verringert zeitliche Auflösung.

EPFL-Forscher (Lausanne, Schweiz) entwickelten System für exceptionelle Einblicke in lebende Zellen durch Super-Resolution räumlich & zeitlich (Raum & Zeit).

Neue Mikroskopie-Plattform PRISM (Phase Retrieval Instrument with Super-resolution Microscopy) beobachtet jenseits Lichtbeugung. Integriert 3D-Mikroskopie + neuartige Technik für Weißlicht-3D-Phasenretrieval.

Kombiniert räumliche Auflösung Fluoreszenz-Super-Resolution & molekularer Spezifität mit High-Speed & sensitivem quantitativem Phasen-Imaging → multimodales 4D-Imaging.

Funktionsweise 4D-Zellmikroskopie

Fourier-Filterung zur Extraktion 3D quantitativer Phase aus Array Weißlicht-Bildern. Erklärung: Bright-Field Depth-Resolved Phase Imaging durch 3D partiell kohärente Bildbildung.

Konzeptdemonstration: High-Res 3D Phasendaten stabiler Zellen aus großem Stack z-displazierter Intensitäten. PRISM für simultane Akquisition 8 Ebenen entwickelt – High-Speed 3D Phasenimaging über 2,5×50×50 µm Volumen. Sequenzielle Probenabbildung: 3D Phasenmikroskopie + Super-Resolution Optical Fluctuation Imaging (SOFI).

SOFI unterstützt 3D Live-Cell-Imaging ~1 Sekunde pro rekonstruiertem Bild Zeitauflösung in Multi-Plane-Mikroskop. Bietet quantitative Molekülparameter-Bewertung, toleriert hohe Markierungsdichten.

Einfach: PRISM als Add-on zu aktuellen Wide-Field-Mikroskopie-Plattformen → einfache, schnelle Implementierung 3D Fluoreszenz-Super-Resolution & 3D quantitative Phase. Bessere Beobachtung temporaler Physiologie & komplexer Räumlichkeit lebender Zellen.

Technische Details

Basierend auf Helmholtz-Wellengleichung, eingebettet in Wiener-Chintschin-Theorem-Framework. Dekodierung Phasendaten entlang Z-Achse via Vorwärts-Schwachstreu-Interferenz-Berechnung.

Effizienter Algorithmus für 3D Phasendaten-Rekonstruktion aus akquiriertem volumetrischem Intensitäts-Stack. Hohe Detektions-Numerical-Aperture & Weißlicht-Köhler-Beleuchtung → speckle-freie High-Res stabile quantitative Phasenimaging lebender Zellen. Simulationen verifizierten axiale Auflösung 350×560 nm.

Verfahren ermöglicht Upgrade konventionellem Hellfeldmikroskop → einfaches, schnelles, zuverlässiges 3D Phasenmikroskop für diverse Untersuchungen/Anwendungen in Life Sciences/Biologie.