_ Imaginile cuantice ar putea crea un viitor luminos pentru microscoape avansate

Proprietățile unice ale fizicii cuantice ar putea ajuta la rezolvarea unei probleme de lungă durată care împiedică microscoapele să producă imagini mai clare la cele mai mici scale, spun cercetătorii.

Descoperirea, care folosește încurcarea fotoni pentru a crea o nouă metodă de corectare a distorsiunii imaginii la microscoape, ar putea duce la îmbunătățirea imaginilor clasice la microscop a probelor de țesut pentru a ajuta la avansarea cercetării medicale.

Ar putea duce, de asemenea, la noi progrese în microscopia îmbunătățită cuantică pentru utilizare într-o gamă largă de domenii. Lucrarea echipei, intitulată „Adaptive Optical Imaging with Entangled Photons”, este publicată în Science. Cercetătorii de la Universitatea din Cambridge și de la Laboratoire Kastler Brossel din Franța au contribuit și ei la cercetare.

Microscoapele au fost instrumente neprețuite pentru oamenii de știință de sute de ani. Progresele în optică le-au permis cercetătorilor să rezolve imagini din ce în ce mai detaliate ale structurilor fundamentale ale celulelor și materialelor.

Cu toate acestea, pe măsură ce microscoapele s-au dezvoltat în complexitate, ele au început să se confrunte cu limitele optice convenționale. tehnologie, în care chiar și micile defecte ale elementelor care rezolvă imaginile pot produce imagini neclare.

În prezent, un proces numit optică adaptivă este utilizat pentru a corecta distorsiunile imaginii cauzate de aberații. Aberațiile pot fi cauzate de mici imperfecțiuni ale lentilelor și ale altor componente optice sau de defecte ale eșantionului sub microscop.

Cheia pentru optica adaptivă este o „stea de ghidare” – un punct luminos identificat în eșantion sub microscopul care oferă un punct de referință pentru detectarea aberațiilor. Dispozitivele numite modulatori spațiali de lumină pot modela apoi lumina și pot corecta aceste distorsiuni.

Încrederea pe stelele ghid pune probleme microscoapelor care imaginează mostre precum celule și țesuturi care nu conțin puncte luminoase. Oamenii de știință au dezvoltat optica adaptivă fără stele ghid folosind algoritmi de procesare a imaginilor, dar aceștia pot eșua pentru mostre cu structuri complexe.

În noua lucrare, cercetătorii din Marea Britanie și Franța subliniază modul în care au folosit fotoni încâlciți pentru a simți și corectați pentru aberațiile care în mod normal distorsionează imaginile de la microscop. Ei numesc procesul de optică adaptivă asistată de cuantum.

Lucrarea descrie modul în care își folosesc noua tehnică pentru a corecta distorsiunile și pentru a prelua imagini de înaltă rezoluție ale probelor de testare biologică - piesa bucală și piciorul unei albine. Ei demonstrează, de asemenea, corectarea aberațiilor pentru mostrele cu structuri tridimensionale – o situație în care optica adaptivă clasică eșuează adesea.

Au folosit perechi de fotoni încâlciți pentru a ilumina probele, permițându-le să captureze o imagine convențională și să măsoare corelațiile cuantice. în același timp.

Atunci când perechile de fotoni încâlciți întâlnesc aberații, încâlcirea lor – sub formă de corelații cuantice – devine degradată. Cercetătorii arată că modul în care aceste corelații cuantice sunt degradate dezvăluie de fapt informații despre aberații și permite corectarea lor folosind analize computerizate sofisticate.

Informațiile conținute în corelații permit o caracterizare precisă a aberațiilor, permițând corectarea lor cu un modulator spațial de lumină ulterior. Lucrarea arată că corelațiile pot fi folosite pentru a produce imagini mai clare și de înaltă rezoluție decât tehnicile convenționale de microscopie în câmp luminos.

Patrick Cameron, de la Școala de Fizică și Astronomie a Universității din Glasgow, este primul autor al lucrării. . El a spus: „Probele complexe, cum ar fi țesuturile biologice, pot fi o provocare pentru imagini folosind abordări convenționale ale microscopiei, în care tehnica stelelor strălucitoare poate eșua deoarece există rareori puncte luminoase naturale în țesutul uman sau animal.

„Această cercetare arată că sursele de lumină încurcate cuantice pot fi folosite pentru a sonda probe în moduri mult mai dificile, dacă nu imposibile, cu microscopia tradițională. Identificarea și corectarea aberațiilor și distorsiunilor cu fotoni încâlciți este permisă. noi să producem imagini mai clare fără a fi nevoie de o stea ghid.”

Dr. Hugo Defienne a început să lucreze la cercetarea la Școala de Fizică și Astronomie a Universității din Glasgow, înainte de a se muta la Institutul de Nanoștiințe din Paris de la Universitatea Sorbona, unde se află acum. Dr. Defienne, ultimul autor al lucrării, a spus: „Această nouă tehnică ar putea fi aplicată pe scară largă la toate tipurile de microscoape optice convenționale pentru a ajuta la îmbunătățirea imaginii unei game largi de probe. Am demonstrat eficacitatea acesteia pe probe biologice, sugerând că ar putea să fie utilizat în viitor în sectoarele medicale și biologie.

„Ar putea fi aplicat și în domeniul emergent al microscopiei cuantice, care are un potențial extraordinar de a produce imagini dincolo de limitele luminii clasice.”

Echipa mai are de depășit câteva obstacole tehnice înainte ca tehnica să poată fi adoptată pe scară largă în microscoapele optice.

Profesorul Daniele Faccio, care conduce grupul de cercetare Extreme Light de la Universitatea din Glasgow, este co- autorul lucrării. El a spus: „Următoarea generație de camere și surse de lumină ar putea ajuta la îmbunătățirea vitezei la care imaginile pot fi rezolvate folosind această tehnică. Vom continua să lucrăm la rafinarea și dezvoltarea procesului și așteptăm cu nerăbdare să găsim noi aplicații în lumea reală pentru microscopia avansată pe măsură ce progresăm.”

(Fluierul)