Fotografia nanosekundowa wykorzystuje ultraszybkie aparaty elektroniczne, które wykonują zdjęcia z prędkością miliardowej części sekundy, ale jakość obrazu i czas ekspozycji zazwyczaj są ograniczone. Teraz zespół uczonych z University of Tokyo uzyskał film poklatkowy wykonany w wielu skalach czasowych z dużą szybkością, korzystając z technologii nazwanej obwodem widmowym.
Czytaj też: Kiedy uda nam się stworzyć sztuczne komórki?
Nowa metoda wypełnia lukę między obrazowaniem optycznym z konwencjonalnymi aparatami elektronicznymi, umożliwiając fotografowanie z ultraszybkimi prędkościami przy mniejszym rozmyciu i większej dokładności. Technologia ta ma potencjalne zastosowania w medycynie i przemyśle. Szczegóły opisano w czasopiśmie Science Advances.
Takao Saiki, doktorant z University of Tokyo, mówi:
O ile nam wiadomo, po raz pierwszy w historii bezpośrednio zaobserwowaliśmy interakcję między komórką biologiczną a falą uderzeniową i wykazaliśmy eksperymentalnie, że prędkość fali uderzeniowej rozchodzącej się wewnątrz komórki jest większa niż na zewnątrz komórkę.
Nowa technika obrazowania pozwoli na podglądanie komórek
Robienie zdjęć pojedynczych komórek nie jest łatwe – są one bardzo delikatne, a przy tym nieprawdopodobnie małe. Zatem każdy system zaprojektowany do obrazowania propagacji fali uderzeniowej w komórce musi spełnić kilka kryteriów. Musi funkcjonować w niewiarygodnie małej skali, zarówno przestrzennej, jak i czasowej, a poza tym robić to bez uszkadzania samej komórki.
Czytaj też: Żywe i nieżywe jednocześnie. Komórki rodem z filmu SF
Aby bezpiecznie wykonywać zdjęcia, japońscy naukowcy opracowali precyzyjny obwód optyczny, wykorzystujący światło zamiast prądu, nazwany obwodem widmowym, pozwalający na wytworzenie niewielkich impulsów laserowych emitowanych w krótkim czasie. Łącząc tę technologię z sekwencyjną fotografią mapującą w pełnym zakresie optycznym (STAMP), udało się wykonać serię zdjęć o wyższej rozdzielczości i mniejszym rozmyciu niż było to wcześniej dostępne.
Tego osobliwego aparatu użyto do fotografowania fali uderzeniowej przemieszczającej się przez komórkę, przechwytując klatki w odstępach co 1,5 nanosekundy, a czas ekspozycji dla każdej klatki wynosił 44 pikosekundy. Wyniki wyraźnie pokazują, jak czoło fali przemieszcza się z jednej strony komórki na drugą.
Prof. Keiichi Nakagawa z University of Tokyo tłumaczy:
Mogliśmy zaobserwować wzajemne oddziaływanie różnych procesów fizycznych zachodzących na przestrzeni czasu oraz sposób, w jaki przybierały one kształt. Nasza technologia zapewnia możliwości ujawnienia przydatnych, ale nieznanych zjawisk szybkich, umożliwiając nam obserwację i analizę takich ultraszybkich procesów.
Uczeni planują wykorzystać nową technikę obrazowania do wizualizacji interakcji komórek z falami akustycznymi, takimi jak te stosowane w terapii ultradźwiękami. Dzięki temu łatwiejsze będzie zrozumienie procesów fizycznych, które aktywują późniejsze efekty terapeutyczne w organizmie człowieka.