Ssylka

Сможет ли SIMIP изменить подход к химическому анализу на наноуровне?

Сверхразрешающие микроскопы позволяют рассматривать мельчайшие детали, однако их ограниченность заключается в необходимости использования флуоресцентных меток. Такие метки обеспечивают структурную информацию, но не позволяют точно определить химический состав исследуемых объектов. В то же время вибрационные методы визуализации способны идентифицировать молекулы по их химическим связям без вмешательства в структуру образца.
Сможет ли SIMIP изменить подход к химическому анализу на наноуровне?
Изображение носит иллюстративный характер

Современные вибрационные методы сталкиваются с существенными трудностями. При поглощении светом средней инфракрасной области (MIR) в образце возникают физические изменения, например, сдвиги показателя преломления или акустические сигналы. Однако уровень сигнала при этом остается очень низким, что затрудняет достижение высокой разрешающей способности и ярко выраженного химического контраста одновременно.

Решение этой проблемы предложили исследователи Чжэцзянского университета (Китай) под руководством профессора Дэлонга Чжана. Их новая методика ― структурированная подсветка в среднеинфракрасной фототермальной микроскопии (SIMIP) ― описана в журнале Advanced Photonics. Эта технология обеспечивает разрешение, в два раза превышающее возможности традиционных микроскопов, и представляет собой значительный шаг вперед в области вибрационной визуализации для химического и биологического анализа на наноуровне.

SIMIP сочетает в себе два ключевых подхода. Первый — это технология структурированной подсветки (SIM), которая искусственно повышает пространственное разрешение. Второй — инфракрасная фототермальная детекция, предоставляющая химическую избирательность. В системе используются квантово-каскадный лазер (QCL) для возбуждения определенных молекулярных связей и создания локального нагрева, а также 488-нм непрерывноволновой лазер и пространственный модулятор света (SLM) для формирования полосовых (структурированных) узоров света под разными углами. Сигналы регистрируются научной CMOS-камерой.

Процесс работы построен на формировании полосовых интерференционных узоров, так называемых муаровых полос, которые кодируют высокочастотные детали в доступные для регистрации сигналы. Для получения изображения высокого разрешения сравниваются снимки, сделанные с поглощением вибраций и без него; далее с помощью вычислительных методов восстанавливаются изображения, обладающие как высокой химической, так и пространственной информативностью.

В системе задействованы алгоритмы Hessian SIM и разреженной деконволюции, что позволяет достигать пространственного разрешения до 60 нм. Скорость визуализации превышает 24 кадра в секунду. В тестовых экспериментах были использованы 200-нм микросферы из полиметилметакрилата с термочувствительными флуоресцентными красителями, а квантово-каскадный лазер сканировал спектральный диапазон 1420–1778 см-1. Результаты, полученные с помощью SIMIP, полностью совпали с данными классической Фурье-спектроскопии (FTIR).

SIMIP обеспечивает улучшение разрешения в 1,5 раза по сравнению со стандартной MIR-фототермальной микроскопией: ширина на полувысоте (FWHM) составила 335 нм против 444 нм у обычных методов. Также SIMIP позволяет различать полистирол и полиметилметакрилат даже в сверхплотных скоплениях, что невозможно для стандартной флуоресцентной микроскопии.

Дополнительная функциональность достигается переходом к точечному сканированию или применением зондирующего луча меньшей длины волны для широкополосного фототермального детектирования, что существенно расширяет совместимость с существующими оптическими платформами. Объединение SIM и MIP (среднеинфракрасной фототермальной микроскопии) обеспечивает высокоскоростную сверхразрешающую химическую визуализацию за пределами дифракционного предела.

SIMIP открывает новые перспективы для материаловедения, биомедицинских исследований, химического анализа, а также для детекции малых молекул и их взаимодействия с клеточными структурами. Среди ближайших задач — повышение точности временной синхронизации для увеличения скорости и достоверности съемки, а также исследование новых температурочувствительных красителей для повышения чувствительности. Для внедрения SIMIP в лабораторную практику требуются минимальные доработки оборудования, что делает метод доступным для широкого круга исследователей.


Новое на сайте

18590Является ли ИИ-архитектура, имитирующая мозг, недостающим звеном на пути к AGI? 18589Как Operation Endgame нанесла сокрушительный удар по глобальной киберпреступности? 18588Кибервойна на скорости машин: почему защита должна стать автоматической к 2026 году 18587Как одна ошибка в коде открыла для хакеров 54 000 файрволов WatchGuard? 18586Криптовалютный червь: как десятки тысяч фейковых пакетов наводнили npm 18585Портативный звук JBL по рекордно низкой цене 18584Воин-крокодил триаса: находка в Бразилии связала континенты 18583Опиум как повседневность древнего Египта 18582Двойной удар по лекарственно-устойчивой малярии 18581Почему взрыв массивной звезды асимметричен в первые мгновения? 18580Почему самые удобные для поиска жизни звезды оказались наиболее враждебными? 18579Смертоносные вспышки красных карликов угрожают обитаемым мирам 18578Почему самый активный подводный вулкан тихого океана заставил ученых пересмотреть дату... 18577Вспышка на солнце сорвала запуск ракеты New Glenn к Марсу 18576Как фишинг-платформа Lighthouse заработала миллиард долларов и почему Google подала на...