싱글을 실현하다

2023년 8월 24일

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중국 과학기술대학교

중국과학원(CAS) 산하 과학기술대학교(USTC) 공 레이(Gong Lei) 교수가 이끄는 연구팀과 공동 연구진은 3D 광 기반 3차원 단일 픽셀 이미징(3D-SPI) 접근 방식을 개발했습니다. 회절 한계에 가까운 3D 광학 해상도로 미세한 물체의 체적 이미징을 가능하게 하는 필드 조명(3D-LFI).

그들은 생체 내에서 단일 조류 세포를 이미징함으로써 라벨 없는 광 흡수 대비의 3D 시각화 기능을 추가로 입증했습니다. "3차원 광장 조명에 의한 광학 단일 픽셀 체적 이미징"이라는 제목의 연구는 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재되었습니다.

SPI는 매력적인 3D 이미징 방식이 되었습니다. 기존 어레이 센서 대신 단일 픽셀 감지기를 통해 SPI의 성능은 스펙트럼 범위, 감지 효율성 및 타이밍 응답에서 기존의 성능을 능가합니다. 또한 단일 셀 카메라는 약한 강도, 단일 광자 수준 및 정확한 타이밍 해상도에서 기존 이미징 방법보다 성능이 뛰어납니다.

3D-SPI 기술은 일반적으로 TOF(Time-of-Flight) 또는 스테레오비전에 의존하여 깊이 정보를 추출합니다. 그러나 기존 구현은 기껏해야 밀리미터 수준에 도달할 수 있어 세포와 같은 미세한 물체를 이미징할 수 없습니다.

해상도 제한을 초과하기 위해 연구원들은 3D-LFI-SPM 프로토타입을 제작했습니다. 결과적으로 프로토타입은 ~390×390×3,800 μm3의 이미징 볼륨과 측면 최대 2.7μm, 축 방향 최대 37μm의 해상도를 달성합니다. 그들은 살아있는 Haematococcus pluvialis 세포의 라벨 없는 3D 이미징을 수행하고 현장에서 살아있는 세포 수를 성공적으로 계산했습니다.

예상대로, 생물학적 시료의 다양한 흡수 대비를 시각화하기 위해 이 접근법을 적용할 수 있습니다. 깊이 분해 이미징 능력을 통해 과학자들은 미래에 세포 형태와 성장을 현장에서 모니터링할 수 있을 가능성이 있습니다. 이 연구는 생물 의학 연구 및 광학 감지 분야에 응용되는 고성능 3D SPI의 가능성을 열어줍니다.

추가 정보: Yifan Liu 외, 3차원 명시야 조명에 의한 광학 단일 픽셀 체적 이미징, 국립과학원회보(2023). DOI: 10.1073/pnas.2304755120

저널 정보:국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물

중국과학기술대학교 제공