Скоро и детально

И. Иванов

Успехи современной микроскопии стимулируют развитие таких наук, как биология, медицина, физика, материаловедение. Однако она, как и любой научный метод, имеет свои принципиальные ограничения. Одно из них — это предел пространственного разрешения, называемый дифракционным. Он примерно равен длине волны видимого света. Другие ограничения накладывают алгоритмы и скорость электронной обработки изображений.

Чтобы преодолеть предел и получать тонкие элементы изображений, исследователи придумали десятки разных техник, базирующихся на различных физических принципах. Как правило, детальной картины достигают, снижая скорость получения изображения, сканируя объект по точкам и делая вычисления по многим кадрам. Высокое разрешение и большая скорость записи изображения «в одном флаконе» — это вызов для микроскопистов. Быстрота получения одного кадра и максимальная частота их следования ограничены современными технологиями, и это не позволяет наблюдать быстрые процессы.

Увеличить скорость получения изображений недавно удалось китайским ученым из нескольких университетов, руководимым профессором Жанг Шианом (Shian Zhang) из Лаборатории прецизионной микроскопии Восточно-китайского педагогического университета в Шанхае. Новейший метод представляет собой комбинацию двух известных.

Первый — это микроскопия временного сжатия, которая позволяет увеличивать скорость записи изображений, потому что получает многочисленные изображения из одного сжатого.

Второй — восстановление картинки с лучшим пространственным разрешением с помощью искусственного интеллекта. Идея эта родилась не на пустом месте. Как известно, в Китае активно развивают интеллектуальные подходы. Здесь повсеместная видеосъемка для социального контроля стали нормой жизни.

Для проверки своего набора алгоритмов, восстановливающих изображения, исследователи провели эксперименты. В них при скорости съемки 1200 кадров в секунду удалось достичь разрешения в 100 нанометров. Объектами служили флуоресцирующие капли размером в 100 мкм, взвешенные в дистиллированной воде. В опытах вода текла по стеклянному микроканалу высотой 10 и шириной 120 микрон.

Профессор уверен, что новый метод дает мощный инструмент для исследования высокоскоростных динамических явлений в гидромеханике. В биомедицине он поможет изучать микропотоки жидких сред, взаимодействия органелл клетки, внутриклеточный транспорт, быстрые изменения в мозгу и т. д. Метод будет полезен в голографии высокого разрешения, профилометрии, для получения когерентных дифракционных изображений. Статья появилась в журнале Advanced Photonics.

Разные разности
Споры против полиуретана
Ученые создали биоразлагаемый материал с помощью почвенных штаммов бактерии Bacillus subtilis, способных разрушать термополиуретан. Решение очень простое — подмешать бактерии к полимерам. Причем не сами бактерии, а их споры, которые остаютс...
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...