PURELIGHT: a quantitative photon-counting framework unifying intensity and lifetime imaging at video rate across detector technologies
يقدم البحث إطار عمل PURELIGHT، وهو إطار عمل موحد للأجهزة والبرمجيات يقضي على تشوهات تراكم الفوتونات في العد المترابط للفوتونات المنفردة، مما يتيح مجهرية فلورية بمعدل فيديو وكمية دقيقة مع قياسات دقيقة للشدة وفترة العمر عبر تقنيات كشف متنوعة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في عالم الأبحاث البيولوجية، يحتاج العلماء غالباً إلى رؤية الآلات الخفية للحياة وهي تعمل داخل خلية حية. وللقيام بذلك، يستخدمون تقنية تسمى المجهر الفلوري، حيث يتم وسم جزيئات متناهية الصغر بصبغات خاصة تتوهج عند تعرضها للضوء. يوفر هذا التوهج معلومتين حاسمتين: مدى سطوع الضوء، وهو ما يخبر الباحثين بعدد الج molecules الموجودة، ومدة استمرار التوهج بعد نبضة الضوء، مما يكشف عن البيئة الكيميائية المحيطة بالجزيء. لعقود من الزمن، كانت الطريقة الأكثر دقة لقياس هذين الأمرين في آن واحد هي طريقة تعتمد على عد جسيمات الضوء الفردية، واحداً تلو الآخر. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها حد أقصى للسرعة؛ فإذا وصلت جسيمات ضوئية كثيرة جداً إلى الكاشف في نفس الوقت، يصاب النظام بالارتباك ويبدأ في فقدان البيانات أو تسجيل معلومات خاطئة. وقد أجبر هذا الاختناق العلماء على الاختيار بين إجراء قياسات بطيئة ودقيقة، أو قياسات سريعة وضبابية، مما أدى فعلياً إلى حرمان العديد من العمليات البيولوجية الديناميكية من التصوير عالي السرعة وعالي الدقة.
لقد قدم فريق من الباحثين الآن إطار عمل جديداً يسمى PURELIGHT يكسر حد السرعة هذا. يجمع هذا النظام بين أجهزة وبرمجيات جديدة لإصلاح الارتباك الذي يحدث عندما تصل جسيمات ضوئية كثيرة جداً في وقت واحد، وهي مشكلة تُعرف باسم "تراكم الفوتونات" (photon pile-up). وبدلاً من التخلص من الضوء الزائد أو قبول بيانات مشوهة، يقوم إطار العمل الجديد بفك تشابك الإشارات رياضياً لاستعادة السطوع الحقيقي ومدة التوهج الحقيقية، حتى عندما يصل الضوء بمعدلات تفوق بكثير ما يمكن للأنظمة السابقة التعامل معه. وقد أثبت الباحثون أن هذا النهج يعمل عبر أنواع مختلفة من معدات استشعار الضوء، بما في ذلك الكواشف الضوئية الهجينة، والمضاعفات الضوئية السيليكونية، وأنابيب المضاعف الضوئي. ومن خلال الاحتفاظ بمزيد من جسيمات الضوء التي كانت تُفقد سابقاً، يحتفظ النظام بأكثر من ثلاثة أضعاف الفوتونات مقارنة بطرق التصحيح البديلة، مما يسمح بصورة أكثر وضوحاً ودقة للنشاط البيولوجي.
تم اختبار قوة إطار العمل الجديد هذا باستخدام تقنية تصوير قوية تستخدم شعاعين من الضوء للرؤية في عمق الأنسجة الحية. وفي هذه التجارب، تمكن الباحثون من التقاط صور بمعدل فيديو للهياكل تحت الخلوية داخل أدمغة فئران مستيقظة. وهذا يعني أنه كان بإمكانهم مراقبة تغير البيئة الكيميائية لأجزاء صغيرة من الخلاية في الوقت الفعلي، وهو أمر كان مستحيلاً في السابق بهذا المستوى من الدقة. كما مكن النظام طريقة فريدة لقياس نسب الإشارات المختلفة دون تداخل، وسمح بإرسال واستقبال إشارات زمنية متعددة دون اختلاطها. ومن خلال إزالة حواجز السرعة التي حصرت هذا النوع من القياس الدقيق في حالات بطيئة ومنخفضة الإضاءة، فتح الباحثون الباب أمام استخدام المجهر الكمي على نطاق أوسع في علوم الحياة، مما يسمح للعلماء بمراقبة الحركات السريعة والمعقدة للحياة بوضوح كان بعيد المنال سابقاً.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.