بومی‏‌سازی میکروسکوپ تصویربرداری فازی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا^[2] از معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری، تعیین ریخت‌شناسی ذرات و نمونه‌های زیستی یکی از نیازهای مهم در صنعت، زیست‌فناوری، پزشکی و زیست‌شناسی است. از آنجا که ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مواد به توزیع اندازه و شکل آن‌ها وابسته است، تعیین آن نقش مهمی در علوم شیمی، پزشکی، زیست‌فناوری، نانو فناوری، داروسازی همچنین فرآیندهای صنعتی، مواد غذایی و غیره دارد.

میکروسکوپ تضاد فاز (phase-contrast microscopy: PCM) یک روش تصویربرداری با میکروسکوپ نوری است که تغییرات فاز نور عبوری از نمونه شفاف را به تفاوت‌هایی در روشنایی تصویر تبدیل می‌کند. تغییرات فاز در حالت عادی نامرئی هستند، اما زمانی که به صورت تفاوت‌هایی در روشنایی نشان داده شود، قابل مشاهده می‌شوند.

تغییرات شکلی سلول‌های زنده ارتباط مستقیمی با میزان سلامتی سلول و نوع بیماری دارد. مطالعه پویای سلول‌ها در تشخیص اولیه بسیاری بیماری‌ها و درمان بهنگام آن‌ها مؤثر است. بر همین اساس و با توجه به اهمیت بهره‌مندی از تجهیزات کارامد در شناسایی این دست از ویژگی‌های مولکول‌ها و نمونه‌های زیستی، طراحی و ساخت میکروسکوپ تصویربرداری کمی فازی با حمایت ستاد توسعه فناوری‌های اپتیک و کوانتوم حمایت شد.

در این طرح سعی شده با کاهش خطاهای مکانیکی امکان مطالعه تغییرات زیر نانومتری سلولی فراهم شود. مطالعه ارتعاشات غشای سلولی، اهمیت ویژه‌ای در تشخیص بسیاری بیماری‌ها مانند سرطان دارد که نیازمند تصویربرداری دقیق و سریع است. روش پیشنهادی در این پژوهش پاسخگوی این بخش از تحقیق نیز است.

در این پژوهش، یک قطعه‌ جانبی تصویربرداری کمی فازی پیشنهاد شده است که قابلیت نصب روی میکروسکوپ‌های نوری معمولی و تجهیز کردن آن‌ها به ابزاری برای میکروسکوپی تمام‌نگاری دیجیتالی را دارد. قطعه پیشنهادی شامل دومنشور فرنل با زاویه رأس مشخص است که در صورت هدایت نور همدوس لیزر داخل میکروسکوپ، قابلیت تشکیل فریز تداخلی را دارد.

در بخش انتهایی قطعه یک آشکارساز دیجیتال برای ثبت تمام‌نگاشت‌ها قرار می‌گیرد. با نصب این قطعه‌ روی هر نوع میکروسکوپ نوری موجود می‌توان یک دستگاه میکروسکوپ تمام‌نگاری دیجیتالی پایدار داشت که بدون نیاز به استفاده از میزهای اپتیکی ضد ارتعاش، امکان تصویربرداری، مطالعه و مشخصه‌یابی سلول‌های زنده را فراهم می‌کند.

دستگاه پیشنهادی کارایی بالایی در تصویربرداری سه‌بعدی از نمونه‌های شفاف به خصوص نمونه‌های زیستی همچنین بررسی کمی دینامیک آن‌ها دارد و می‌توان به‌سادگی از آن برای مطالعه‌ کمی دینامیک سلولی در تحقیقات پزشکی و زیست‌شناسی‌، توپوگرافی سه‌بعدی از سطح، تست و مشخصه‌یابی ساختارهای مختلف در علم مواد و سیستم‌های میکروالکترومکانیکی، اندازه‌گیری تغییرات ضریب شکست شاره‌ها در میکروکانال‌ها، مطالعه‌ی پدیده‌های غیرخطی و بسیاری کاربردهای تحقیقاتی و صنعتی دیگر استفاده کرد.