Linksboven de opname met een ISM, rechtsonder met SOFISM (afb: UW Physics, A. Makowski)

Een groep Pools en Israëlische onderzoekers hebben een fluorescentiemicroscoop ontwikkeld, aangeduid met SOFISM, die, naar eigen zeggen, lak heeft aan elke resolutielimiet. Die zou concurrente fluorescentietechnieken met gemak verslaan en gemakkelijk hanteerbaar zijn in de biologie.
Voor onderzoek aan biologische systemen is de ouderwetse lichtmicroscoop niet erg nuttig meer. Die wordt beperkt door zijn geringe oplossend vermogen. We hebben het dan over de diffractielimiet. Die geeft aan hoe ver twee punten minstens van elkaar moet liggen om nog onderscheidend te zijn. Die limiet is de helft van de golflengte van het gebruikte licht. Voor groen licht zou dat 250 nm zijn en dat is de microbiologie erg grof, tegenwoordig.

Met elektronenmicroscopie heb je daar geen last van, maar daarmee kunnen je alleen dode materialen uitvergroten. Vandaar dat andere technieken ontwikkeld zijn die die limiet doorbreken op min of meer listige wijze, met name de fluorescentiemicroscopie.
Die verschillende fluorescentietechnieken worden dan ook volop gebruikt, maar ze hebben allemaal zo hun minkanten. Sommige methoden zoals de PALM-, STORM- en STED-microscopie hebben een zeer hoog oplossend vermogen van zo’n 12 nm, maar die technieken vereisen een langdurige blootstelling en een ingewikkelde preparatie van de monsters. Andere technieken zoals SIM- of ISM-microscopie zijn makkelijk in het gebruik, maar hebben een resolutie van slechts de helft van de diffractie’limiet’.

Aleksandra Sroda, Adrian Makowski en Radek Lapkiewicz van de universiteit van Warschau hebben in samenwerking met een groep onderzoekers rond Dan Oron van het Weizmanninstituut in Israël een nieuwe fluorescentietechniek ontwikkeld: superresolutie-optische-fluctuatierastermicroscoop (SOFISM). Bij die techniek worden de natuurlijke fluctuaties in emissie-intensiteit van de fluorescentie’vlaggen’ gebruikt om de ruimtelijke resolutie te verbeteren van een ISM-beeld.

ISM

De ISM-microscoop wordt al gebruikt en heeft zijn nut al bewezen, zo stellen de onderzoekers. ISM gebruikt een confocale microscoop waarin de enkele detector is vervangen door een detectorraster. De detectoren voor de fluctuaties in emissies en de computer zorgen voor de verfijning bij SOFISM in vergelijking met ISM. In theorie is de resolutie eindeloos te verbeteren, maar in de praktijk heeft die te maken met signaal/ruisverhouding.
Lapkiewicz: “SOFISM is een compromis tussen gemak en resolutie, We geloven dat onze methode het gat vult tussen ingewikkelde, moeilijk te gebruiken technieken met een zeer hoge resolutie en de gemakkelijk te gebruiken technieken met een lage resolutie. SOFISM heeft theoretisch geen limiet. Die techniek is dus beloftevol in het in beeld brengen van ruimtelijke biologische structuren.”
De techniek zou ook goed te introduceren zijn door een kleine aanpassing aan een bestaande confocale microscoop. Dan moet je de fotomultiplicatorbuis vervangen door een SPAD-rasterdetector en de meettijd iets verlengen. Uiteraard hoor je dan ook de gegevensverwerking aan te passen. Tot voor kort waren die SPAD-detectoren duur en ontoereikend, maar volgens de Poolse wetenschapper is dat probleem nu met die nieuwe detectoren verdwenen. Hij ziet iedereen in het veld binnenkort wel aan de SOFISM.

Bron: EurekAlert