PURELIGHT: a quantitative photon-counting framework unifying intensity and lifetime imaging at video rate across detector technologies
Le document présente PURELIGHT, un cadre matériel et logiciel unifié qui élimine les distorsions dues à l'empilement de photons dans le comptage de photons uniques corrélés en temps, permettant une microscopie de fluorescence quantitative à cadence vidéo avec des mesures précises d'intensité et de durée de vie à travers diverses technologies de détecteurs.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Dans le monde de la recherche biologique, les scientifiques ont souvent besoin de voir la machinerie invisible de la vie à l'œuvre à l'intérieur d'une cellule vivante. Pour ce faire, ils utilisent une technique appelée microscopie de fluorescence, où de minuscules molécules sont marquées avec des colorants spéciaux qui brillent lorsqu'ils sont frappés par la lumière. Cette lueur fournit deux informations cruciales : l'intensité de la lumière, qui indique aux chercheurs combien de molécules sont présentes, et la durée pendant laquelle la lueur persiste après l'impact de l'impulsion lumineuse, ce qui révèle l'environnement chimique entourant la molécule. Pendant des décennies, la méthode la plus précise pour mesurer ces deux paramètres simultanément a consisté à compter les particules de lumière individuellement, une par une. Cependant, cette méthode possède une limite de vitesse stricte. Si trop de particules de lumière arrivent au détecteur en même temps, le système s'embrouille et commence à manquer des données ou à enregistrer des informations erronées. Ce goulot d'étranglement a forcé les scientifiques à choisir entre des mesures lentes et méticuleuses ou des mesures rapides et floues, empêchant de fait l'imagerie haute vitesse et haute précision d'accéder à de nombreux processus biologiques dynamiques.
Une équipe de chercheurs a maintenant introduit un nouveau cadre appelé PURELIGHT qui brise cette limite de vitesse. Ce système combine du nouveau matériel et des logiciels pour corriger la confusion qui survient lorsque trop de particules de lumière arrivent simultanément, un problème connu sous le nom d'empilement de photons (photon pile-up). Au lieu de rejeter l'excès de lumière ou d'accepter des données déformées, le nouveau cadre démêle mathématiquement les signaux pour récupérer la véritable luminosité et la véritable durée de la lueur, même lorsque la lumière arrive à des taux dépassant de loin ce que les systèmes précédents pouvaient supporter. Les chercheurs ont démontré que cette approche fonctionne sur différents types d'équipements de détection de lumière, notamment les photodétecteurs hybrides, les photomultiplicateurs à silicium et les tubes photomultiplicateurs. En conservant davantage de particules de lumière qui étaient auparavant perdues, le système retient plus de trois fois plus de photons que les méthodes de correction alternatives, permettant ainsi d'obtenir une image beaucoup plus claire et précise de l'activité biologique.
La puissance de ce nouveau cadre a été testée à l'aide d'une technique d'imagerie performante qui utilise deux faisceaux de lumière pour voir profondément à l'intérieur des tissus vivants. Lors de ces expériences, les chercheurs ont pu capturer des images à la vitesse de la vidéo de structures subcellulaires à l'intérieur du cerveau de souris éveillées. Cela signifie qu'ils ont pu observer en temps réel de minuscules parties de cellules changeant leur environnement chimique, une chose qui était auparavant impossible avec un tel niveau de précision. Le système a également permis une manière unique de mesurer des ratios de différents signaux sans interférence et a permis l'envoi et la réception de multiples signaux temporels sans mélange. En supprimant les barrières de vitesse qui confinaient ce type de mesure précise à des situations lentes et de faible luminosité, les chercheurs ont ouvert la voie à l'utilisation plus large de la microscopie quantitative dans l'ensemble des sciences de la vie, permettant aux scientifiques d'observer les mouvements rapides et complexes de la vie avec une clarté qui était auparavant hors de portée.
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