Para peneliti telah menemukan teknik baru yang memungkinkan mikroskop biasa untuk melihat dengan sangat tepat

Studi ini diterbitkan dalam jurnal Nature Communications.

Teknologi ini mengubah mikroskop cahaya tradisional menjadi apa yang disebut mikroskop ultra-resolusi. Ini menggabungkan bahan yang dirancang khusus yang memperpendek panjang gelombang cahaya sambil menerangi sampel – cahaya yang menyusut inilah yang pada dasarnya memungkinkan mikroskop untuk mengambil gambar pada resolusi yang lebih tinggi. “Bahan ini mengubah cahaya beresolusi rendah menjadi cahaya beresolusi tinggi,” kata Zhaowei Liu, profesor teknik elektro dan komputer di University of California, San Diego. “Ini sangat sederhana dan mudah digunakan. Cukup tempatkan sampel pada bahan, lalu letakkan semuanya di bawah mikroskop biasa – tidak perlu penyesuaian yang rumit.”

Pekerjaan mengatasi keterbatasan yang signifikan dari mikroskop cahaya konvensional: resolusi rendah. Mikroskop optik berguna untuk pencitraan sel hidup, tetapi mereka tidak dapat digunakan untuk melihat sesuatu yang lebih kecil. Mikroskop optik konvensional memiliki batas resolusi 200 nanometer, yang berarti bahwa setiap objek yang dekat dengan jarak ini tidak akan diamati sebagai objek yang terpisah. Dan meskipun ada instrumen yang lebih kuat, seperti mikroskop elektron, yang memiliki ketepatan melihat struktur subselular, mereka tidak dapat digunakan untuk mencitrakan sel hidup karena sampel harus ditempatkan di dalam ruang vakum. “Tantangan utamanya adalah menemukan satu teknologi yang beresolusi tinggi dan juga aman untuk sel hidup,” kata Liu.

Teknologi yang dikembangkan oleh tim Liu menggabungkan kedua fitur tersebut. Dengan itu, mikroskop optik konvensional dapat digunakan untuk mencitrakan struktur subselular hidup dengan resolusi hingga 40 nm. Teknik ini terdiri dari slide mikroskopis yang ditutupi dengan jenis bahan retraksi cahaya yang disebut metamaterial hiperbolik. Ini terdiri dari lapisan perak dan kaca silika setebal nanometer. Saat cahaya lewat, panjang gelombangnya memendek dan menyebar untuk menghasilkan serangkaian pola acak berbintik resolusi tinggi.

Saat sampel dipasang pada slide, sampel akan diterangi dengan berbagai cara oleh rangkaian pola sorotan ini. Ini menciptakan serangkaian gambar beresolusi rendah, yang semuanya ditangkap dan kemudian digabungkan dengan algoritma rekonstruksi untuk menghasilkan gambar beresolusi tinggi. Para peneliti menguji teknologi mereka menggunakan mikroskop terbalik komersial. Mereka mampu menggambarkan fitur-fitur kecil, seperti filamen aktin, dalam sel Cos-7 berlabel fluoresensi — fitur yang tidak dapat dibedakan dengan jelas menggunakan mikroskop yang sama. Teknik ini juga memungkinkan para peneliti untuk dengan jelas membedakan antara manik-manik fluorescent kecil dan titik-titik kuantum yang terpisah 40 hingga 80 nanometer.

Para peneliti mengatakan teknologi ultra-halus memiliki potensi besar untuk operasi kecepatan tinggi. Tujuan mereka adalah menggabungkan kecepatan tinggi, resolusi ultra-tinggi, dan fototoksisitas rendah ke dalam sistem pencitraan sel hidup tunggal. Tim Liu sekarang memperluas teknologi untuk melakukan pencitraan resolusi tinggi dalam ruang 3D. Makalah saat ini menunjukkan bahwa teknik ini dapat menghasilkan gambar resolusi tinggi dalam bidang dua dimensi. Tim Liu sebelumnya menerbitkan makalah yang menunjukkan bahwa teknologi ini juga mampu melakukan pencitraan pada resolusi aksial yang sangat tinggi (sekitar 2 nanometer). Mereka sekarang bekerja untuk menyatukan keduanya.