Links een opname van cadmiumtelluridezonnecellen met een ‘gewone’ multifotonmicroscoop, rechts met de MP-SPIFI-microscoop. Op de foto lijkt de opname links beter. (afb: CSU)
Vroeger leerde je op school dat de resolutie van lichtmicroscopen bepaald werd door de golflengte van het gebruikte licht. Voorwerpen kleiner dan 3, 400 nm zijn daarmee niet waar te nemen (de zogeheten diffractielimiet), maar met allerlei trucs was die limiet wel te omzeilen. Daarnaast zijn er allerlei andere typen microscopen die niet met licht werken zoals de elektronen- of atoomkrachtmicroscoop. Toch blijft de lichtmicroscoop belangrijk omdat je daarmee dingen kunt waarnemen die met de niet-lichtmicroscoop moeilijk of helemaal niet te ‘zien’ zijn. Met de modernste lichtmicroscopen kun je nu virussen, eiwitten en zelfs losse moleculen zien, maar ook die hebben hun grenzen. Daar wordt nu aan gesleuteld door de ontwikkeling van een microscoop die werkt met fotonen (lichtdeeltjes) en de tweede harmonische (boventoon) en die ons een inkijkje zou (kunnen) gunnen in de processen van een (levende) cel.
Het oplossend vermogen van een traditionele microscoop wordt begrensd door de golflengte van het gebruikte licht (de al genoemde diffractielimiet). Hoogresolutiemicroscopie omzeilt die beperkingen, maar maakt het meestal ook noodzakelijk om de fluorescerende moleculen te ‘sturen’ die het mogelijk maken die limiet te doorbreken. Fluorescentie is heel belangrijk hulpmiddel voor de biologische beeldtechnieken, onder meer in de multifotonmicroscopie (pdf-bestand), waarmee het mogelijk is dieper in de weefsels te kijken. Er zijn andere beeldcontrasttechnieken, maar die kunnen niet gebruikt worden met de standaardsuperresolutietechnieken.
In hun artikel beschrijven de onderzoekers van de universiteit van Colorado (VS) voor het eerst een combinatie van een superoplossende multifotonmicroscoop die werkt met de frekwentie van de tweede harmonische (twee fotonen worden een foton met dubbele frekwentie). Daarmee bleken ze plaatjes met een oplossend vermogen op nanoschaal (eenmiljoenste mm) te kunnen halen. Aan de microscoop is vijf jaar gewerkt in het lab van Randy Bartels. De techniek is ruimtelijke frekwentiemodulatiebeeldtechniek genoemd (in Engelse afko SPIFI). Samen met de multifotonmicroscoop (MP met de p van foton) wordt dat dan MP-SPIFI. Het systeem maakt zowel gebruik van fluorescentie als van de twee harmonische (boventoon, zou je zeggen in de muziek). De resolutie zou beter zijn dan die van een ‘gewone’ multifotonmicroscoop.
In een multifotonmicroscoop worden extreem korte laserpulsjes op een punt op het object gericht, waar de fotonen ‘kleurstoffen’ (fluoroforen) laat fluoresceren om een beeld te verkrijgen. Met de MP-SPIFI-microscoop wordt een veel groter gebied tegelijkertijd belicht met laserpulsjes van femtoseconden (1-15 s). Daardoor ontstaat een interferentiepatroon, waaruit het beeld wordt opgebouwd. De onderzoekers vertoonden hun kunsten door zonnecellen van cadmiumtelluride onder de ‘loep’ te nemen.
MP-SPIFI-microscopen zouden ook geschikt zijn om levende weefsels met grote nauwkeurigheid waar te nemen. Er zijn andere microscopen waarmee levende cellen kunnen worden vergroot, maar die moeten dan meestal worden geprepareerd en op glas worden ‘aangeboden’. Levend weefsel is daarmee niet te bekijken en dat is biologisch natuurlijk verreweg het interessantste materiaal. Bartels: “Als we dat ook voor elkaar krijgen voor dieper liggend weefsel, dan zou dat heel mooi zijn. Daarmee zouden we de diffractielimiet van een gewone tweefotonmicroscoop doorbreken.”
Bron: Science Daily