Профессор Калифорнийского технологического института Лихун Ван (Lihong Wang) и его коллеги представили свою новую разработку, которая представляет собой сочетание сверхбыстрой камеры, способной делать триллион снимков в секунду, и фазово-контрастного микроскопа. Такая техника позволяет получать изображение прозрачных объектов и даже таких невидимых явлений, как ударная волна или импульс, проходящий по нейронам. Новую технологию Лихун Ван предлагает назвать фазочувствительной сжатой сверхбыстрой фотографией.
Чуть более года назад стало известным другое изобратение Лихун Вана — сверхскоростная камера со скоростью съемки в 10 триллионов кадров в секунду. Целью дальнейшей работы ученого стал метод, который дал бы возможность снимать прозрачные объекты, так как именно это требуется во многих биологических исследованиях на живых клетках. Чтобы решить эту задачу, Лихун Ван объединил высокоскоростную систему фотосъемки с давно известной технологией фазово-контрастной микроскопии.
Фазово-контрастную микроскопию в 1930-е годы изобрел нидерландский физик Фриц Цернике и получил за нее Нобелевскую премию по физике в 1953 году. С ее помощью можно без предварительного окрашивания исследовать тонкие среды биологических тканей, клетки в живых культурах, внутриклеточные органеллы, микроорганизмы и другие объекты. Метод основан на том, что прозрачные структуры хотя и не дают изменений в амплитуде волн отражаемого света (то есть в его интенсивности), зато изменяют фазу прошедших световых волн. Фазово-контрастный микроскоп преобразует не различимые человеческим глазом фазовые изменения в видимые изменения в амплитуде.
«Мы адаптировали стандартную фазово-контрастную микроскопию, чтобы она обеспечивала очень быструю визуализацию, которая позволяет нам отображать сверхбыстрые явления в прозрачных материалах», — говорит Лихун Ван. В новой статье Ван и его коллеги демонстрируют возможности технологии на примере визуализации распространения ударной волны в воде и лазерного импульса, проходящего через кристаллический материал.
По мнению создателей, пока метод находится на ранней стадии своего развития, но в конечном итоге он может найти применение во многих областях физики, химии и биологии. «Когда сигналы проходят через нейроны, мы надеемся увидеть небольшое расширение нервных волокон. Если у нас есть сеть нейронов, возможно, мы сможем увидеть их связь в реальном времени, — говорит Лихун Ван. — Кроме того, поскольку температура, как известно, изменяет фазовый контраст, система может быть способна изобразить, как фронт пламени распространяется в камере сгорания».
Изобретение Лихун Вана и его коллег описано в статье в журнале Science Advances.
