eng
Выпуск #3-4/2023
С.А.Сенотрусова, А.И.Ахметова, И.В.Яминский
СВЕРХРАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МИКРОЛИНЗ В ИССЛЕДОВАНИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
СВЕРХРАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МИКРОЛИНЗ В ИССЛЕДОВАНИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Просмотры: 907
DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.168.176
Пространственное разрешение любого обычного оптического микроскопа ограничено дифракцией световых волн на апертуре объектива, при белом свете в лучших оптических микроскопах предел разрешения составляет около 200 нм. Один из способов преодоления данного ограничения – микролинзовая микроскопия. Микроскопия с использованием микросфер является одним из видов микроскопии без использования меток, в котором сферические микролинзы помещаются непосредственно на образец или вблизи образца для получения оптических изображений высокого разрешения. Благодаря визуализации без использования меток и в режиме реального времени оптическая микролинзовая микроскопия демонстрирует большой потенциал в медицине и биологии.
Пространственное разрешение любого обычного оптического микроскопа ограничено дифракцией световых волн на апертуре объектива, при белом свете в лучших оптических микроскопах предел разрешения составляет около 200 нм. Один из способов преодоления данного ограничения – микролинзовая микроскопия. Микроскопия с использованием микросфер является одним из видов микроскопии без использования меток, в котором сферические микролинзы помещаются непосредственно на образец или вблизи образца для получения оптических изображений высокого разрешения. Благодаря визуализации без использования меток и в режиме реального времени оптическая микролинзовая микроскопия демонстрирует большой потенциал в медицине и биологии.
Теги: bionanoscopy microlens microscopy microsphere physics of living systems scanning probe microscopy бионаноскопия микролинзовая микроскопия микросферы сканирующая зондовая микроскопия физика живых систем
Получено: 25.04.2023 г. | Принято: 28.04.2023 г. | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.168.176
Научная статья
СВЕРХРАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МИКРОЛИНЗ В ИССЛЕДОВАНИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
С.А.Сенотрусова1, 2, магистрант, инж., ORCID: 0000-0003-0960-8920
А.И.Ахметова1, 2, мл. науч. сотр., вед. спец., ORCID: 0000-0002-5115-8030
И.В.Яминский1, 2, д.ф.-м.н., проф. МГУ имени М.В. Ломоносова, генеральный директор Центра перспективных технологий, ORCID: 0000-0001-8731-3947 / yaminsky@nanoscopy.ru
Аннотация. Пространственное разрешение любого обычного оптического микроскопа ограничено дифракцией световых волн на апертуре объектива, при белом свете в лучших оптических микроскопах предел разрешения составляет около 200 нм. Один из способов преодоления данного ограничения – микролинзовая микроскопия. Микроскопия с использованием микросфер является одним из видов микроскопии без использования меток, в котором сферические микролинзы помещаются непосредственно на образец или вблизи образца для получения оптических изображений высокого разрешения. Благодаря визуализации без использования меток и в режиме реального времени оптическая микролинзовая микроскопия демонстрирует большой потенциал в медицине и биологии.
Ключевые слова: микролинзовая микроскопия, микросферы, физика живых систем, сканирующая зондовая микроскопия, бионаноскопия
Для цитирования: С.А. Сенотрусова, А.И. Ахметова, И.В. Яминский. Сверхразрешающая способность микролинз в исследовании биологических объектов. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 3–4. С. 168–176. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.168.176
Received: 25.04.2023 | Accepted: 28.04.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.168.176
Original paper
SUPERRESOLUTION OF MICROLENSES IN THE PHYSICS OF LIVING SYSTEMS
S.A.Senotrusova1, 2, Student, ORCID: 0000-0003-0960-8920
A.I.Akhmetova1, 2, Junior Researcher, Leading Specialist, ORCID: 0000-0002-5115-8030
I.V.Yaminsky1, 2, Doct. of Sci. (Physics and Mathematics), Prof., General Director of Advanced Technologies Center, ORCID: 0000-0001-8731-3947 / yaminsky@nanoscopy.ru
Abstract. The spatial resolution of any conventional optical microscope is limited by the diffraction of light waves on the objective aperture, with white light the best optical microscopes resolution is about 200 nm. One way to overcome this limitation is microlens microscopy. Microsphere microscopy is a type of label-free microscopy in which spherical microlenses are placed directly on or near the sample to produce high-resolution optical images. With label-free and real-time imaging, optical microlens microscopy shows great potential in medicine and biology.
Keywords: microlens microscopy, microsphere, physics of living systems, scanning probe microscopy, bionanoscopy
For citation: S.A. Senotrusova, A.I. Akhmetova, I.V. Yaminsky. Superresolution of microlenses in the physics of living systems. NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 3–4. PP. 168–176. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.168.176.
ВВЕДЕНИЕ
В микролинзовой оптической микроскопии прозрачная диэлектрическая микросфера помещается в непосредственной близости от исследуемого образца и работает как дополнительное увеличительное стекло между образцом и объективом оптического микроскопа. Эффективность и простота позволяют использовать микросферы из разных материалов и с разными геометрическими параметрами, в воздушных и жидких средах, а также интегрировать микросферы в другие высокоинформативные методы исследования в микроскопии высокого разрешения [1].
Впервые данный метод визуализации был представлен в 2011 году [2]. Микросферы из титаната бария диаметром 2–220 мкм и с высоким показателем преломления (n ∼ 1,9–2,1) могут быть использованы для визуализации наноструктур до 100 нм в жидкости [3]. С тех пор появились разные способы использования микролинз: предлагали погружать сферы наполовину в этанол [4], в раствор сахара и иммерсионное масло [5, 6], в эластомеры [7–9], а сами микролинзы формировали из растворов наночастиц [10], из бактерий [11] и даже паутины [12].
Позиционирование микролинз над образцом
Одна из главных проблем в широком применении микролинзовой микроскопии – это обеспечение точного позиционирования микросфер (рис.1). Для сканирования поверхности образца с помощью микросфер могут использоваться химические, физические и механические способы позиционирования. При использовании химических и физических способов интересующая область сканируется за счет локальных каталитических реакций [13], оптических пинцетов, акустических жидкостей [14]. Эти методы не имеют ограниченного поля зрения и не фиксируют микросферу.
Сканирование с помощью механического манипулятора можно реализовывать в атомно-силовом микроскопе, используя зонд или капилляр (рис.2) и трехмерный стол перемещения [15–17]. В этом случае точность позиционирования достигает нескольких нанометров, но поле зрения ограничено полем пьезоманипулятора. Также требуется большое место для установки. Микролинзовая микроскопия позволяет значительно улучшить разрешение при сканировании двумерных образцов, однако при визуализации трехмерной поверхности неизбежно повреждение образца или микролинзы из-за отсутствия обратной связи по положению микросферы над изучаемой поверхностью или по силе взаимодействия между зондом и образцом. Существуют разные методы для более точного позиционирования микросфер в пространстве: микролинзы закрепляли непосредственно на поверхности объектива [18, 19], приклеивали к стеклянной микропипетке [20], прикрепляли к кантилеверу АСМ [21], создавали твердые иммерсионные линзы с массивами микросфер внутри [22].
Разрабатываются специальные массивы из микролинз, за счет чего увеличивается поле обзора и несколько упрощается задача позиционирования массива над поверхностью образца. Благодаря специальному держателю, соединенному с пьезокерамическим столиком, с использованием такого массива было получено изображение поверхности Blu-ray диска площадью 900 мкм2, последовательно сшитое из 210 изображений [23].
В работе [24] исследователям удалось прикрепить кремниевую микролинзу к кантилеверу и нарастить алмазный зонд для одновременного сканирования рельефа и получения оптического изображения поверхности образца. Благодаря этому наблюдали образец микросхемы площадью 90 × 90 мкм2 с размерами структур до 60 нм.
Отсутствие меток
Микролинзовая микроскопия позволяет исследовать биологические образцы без меток. Используя массив микролинз из титаната бария, удалось визуализировать частицы аденовируса с разрешением до 100 нм [25]. С помощью микросфер из натриево-известкового стекла диаметром 25 мкм были изучены структуры клеток мозга мыши размером до 100 нм [26]. Иммерсионные линзы из плотно упакованных 15-нм сфер оксида титана позволили визуализировать биологические объекты: опухолевые клетки на воздухе, спиральные бактерии, Streptococcus thermophilus, эхиноциты мыши в водной среде [27]. С помощью микролинз из титаната бария был продемонстрирован переход эритроцита в эхиноцит без фиксации в режиме реального времени (рис.3) [28].
Совмещение с другими методами
Одно из преимуществ микролинзовой технологии – возможность ее эффективного совмещения с другими методами микроскопии.
Микросферы могут быть применены в сочетании с конфокальной [29], рамановской [30], интерферометрической [31], голографической микроскопией [32, 33], интерферометрией Мирау [34], матричной микроскопией Мюллера [35], микроскопией второй оптической гармоники.
С помощью микросферы было улучшено разрешение в рамановской микроскопии при визуализации графеновых нанотрубок [36]. Совмещение микролинз и лазера на парах меди позволяет не только улучшить разрешение, но и избавиться от таких нежелательных явлений, как фотоповреждение при исследовании биологических объектов за счет применения низкой интенсивности света [37].
Микросферы можно сочетать с флуоресцентной микроскопией и исследовать такие биологические объекты, как клетки глиобластомы [38], гепатоциты мыши [39], аденовирусы [40]. В работе [41] совместили атомно-силовую и флуоресцентную микроскопию и получили изображения поверхности живых клеток миобластов мыши (C2C12) и клеток рака молочной железы человека (MCF-7), используя режим постоянной высоты.
Образец фиброзной ткани легкого, содержащего коллаген, визуализировали с разрешением до 125 нм через сферу титаната бария диаметром 14 мкм за счет совмещения микролинз и микроскопии второй оптической гармоники (Second Harmonic Generation, SHG) [42].
Микросферы улучшили латеральное разрешение в цифровой голографической микроскопии при исследовании эритроцитов больных талассемией, для которых характерно снижение выработки гемоглобина [43].
Помимо коммерчески доступных микросфер, есть исследования по применению биологических линз – бактерий, дрожжей, стволовых клеток, лимфоцитов и моноцитов [44]. С помощью клетки в качестве микролинзы и оптического пинцета для ее позиционирования, удалось разрешить волокнистый цитоскелет внутри эпителиальной клетки и двухслойные структуры на клеточной мембране, которые были неразличимы при использовании обычного микроскопа [45].
Эритроцит может разбухать от объема диска в 90 фл до сферы в 150 фл, изменяя фокусное расстояние от отрицательных до положительных значений, поэтому также применяется в качестве биолинзы [46]. Благодаря эластичности клеточных мембран, форма эритроцита может быть легко преобразована под действием оптических сил для изменения фокусного расстояния от 3,3 до 6,5 мкм. С помощью микролинз-эритроцитов были визуализированы частицы полистирола размером 500 нм [47].
В работе [48] исследовали микрорельеф с помощью клеток Hela и показали, что астигматизм, вызванный клеточным ядром, особенно в процессе деления клетки, может привести к аберрациям до сотен нанометров и неточностям наблюдений в микроскопии высокого разрешения.
В наших работах для измерений в жидкости используются микролинзы из титаната бария BTGMS-4,25, диаметр 30–100 мкм, плотность 4,22 г/см3, показатель преломления 1,9, для измерений на воздухе – микросферы из полиметилакрилата (ПМА) диаметром 9 мкм, собственный показатель преломления которых составляет 1,49 [49].
В работе задействованы два оптических микроскопа – прямой микроскоп Zeiss Model AxioSkop-40 в режиме отраженного света и инвертированный микроскоп Nikon Ti-U Eclipse в режиме проходящего света. Используемые объективы: Nikon Plan Fluor 10x/0.30 и Nikon S Plan Fluor 40x/0.60.
Благодаря использованию инвертированного микроскопа возможно исследование биологических объектов в динамике в жидкости, для этого на дно чашки Петри размещаются микролинзы, а образец наносится сверху. Также для измерений в жидкости возможно размещение микролинз и образца в жидкости между двумя покровными стеклами. В этом случае можно снять движение объектов в объеме в процессе высыхания образца.
ВЫВОДЫ
Несмотря на бурное развитие использования микролинз при разрешении статических объектов, калибровочных решеток, микросхем, оптических дисков, динамическим явлениям в биологии посвящено не так много работ. Отчасти это связано с отсутствием стандартного подхода к их интеграции в существующие оптические приборы, необходимостью постоянно калибровать установку в соответствии с условиями эксперимента. Микросфера собирает затухающую волну в ближнем поле и преобразует в распространяющуюся. Это означает, что расстояние между микросферой и образцом должно быть меньше длины волны, поэтому так важно точно контролировать положение микросферы с учетом обратной связи. Кроме того, поле зрения отдельных микросфер довольно мало – сравнимо с диаметром микросфер. Технология сшивания изображений в процессе сканирования позволяет увеличить поле обзора, но затрудняет обработку результатов.
В совершенствовании методик работы с микролинзами еще много пробелов, но у данного метода есть огромный потенциал для быстрого и относительно простого улучшения разрешения оптической микроскопии, и мы активно работаем над оптимизацией этой технологии применительно к биологическим объектам.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа Ахметовой А.И. поддержана РНФ (проект № 23-74-30003), работа Сенотрусовой С.А. поддержана Фондом развития теоретической физики и математики "БАЗИС" (договор № 22-2-9-19-1).
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Trukhova A., Pavlova M., Sinitsyna O., Yaminsky I. Microlens-assisted microscopy for biology and medicine. Journal of Biophotonics 15, 9, 1–18. 2022. http://dx.doi.org/10.1002/jbio.202200078
Wang Z., Guo W., Li L., Luk’yanchuk B., Khan A., Liu Z., Chen Z., Hong M. Optical virtual imaging at 50 nm lateral resolution with a white-light nanoscope. Nature Communications, 2, 218. 2011. https://doi.org/10.1038/ncomms1211
Darafsheh A., Walsh G.F., Dal Negro L., Astratov V.N. Optical super-resolution by high-index liquid-immersed microspheres. Applied Physics Letters, 101(14), 141128. 2012. https://doi.org/10.1063/1.4757600
Hao X., Kuang C., Liu X., Zhang H., Li Y. Microsphere based microscope with optical super-resolution capability. Applied Physics Letters, 99(20), 203102. 2011. https://doi.org/10.1063/1.3662010
Lee S., Li L., Wang Z., Guo W., Yan Y., Wang T. Immersed transparent microsphere magnifying sub-diffraction-limited objects. Applied Optics, 52(30), 7265. 2013. https://doi.org/10.1364/ao.52.007265
Darafsheh, Arash et al. Super-resolution imaging by high-index microspheres immersed in a liquid. 14th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON) (): 1–3. 2012. doi: 10.1109/ICTON. 2012.6254502
Darafsheh A., Guardiola C., Palovcak A., Finlay J.C., Cárabe A. Optical super-resolution imaging by high-index microspheres embedded in elastomers. Optics Letters, 40(1), 5. 2014. https://doi.org/10.1364/ol.40.000005
Darafsheh A., Guardiola C., Nihalani D., Lee D., Finlay J.C., Cárabe A. Biological super-resolution imaging by using novel microsphere-embedded coverslips. Nanoscale Imaging, Sensing, and Actuation for Biomedical Applications XII. 2015. https://doi.org/10.1117/12.2078019
Darafsheh A. Fabrication and characterization of novel microsphere-embedded optical devices for enhancing microscopy resolution. Three-Dimensional and Multidimensional Microscopy: Image Acquisition and Processing XX. V. 2018. https://doi.org/10.1117/12.2289240
Fan W., Yan B., Wang Z., Wu L. Three-dimensional all-dielectric metamaterial solid immersion lens for subwavelength imaging at visible frequencies. Science Advances, 2(8). 2016. https://doi.org/10.1126/sciad. v. 1600901.
Schuergers N., Lenn T., Kampmann R., Meissner M.V., Esteves T., Temerinac-Ott M., Korvink J.G., Lowe A.R., Mullineaux C.W., Wilde A. Cyanobacteria use micro-optics to sense light direction. ELife, 5. 2016. https://doi.org/10.7554/elife.12620
Monks J.N., Yan B., Hawkins N., Vollrath F., Wang Z. Spider Silk: Mother Nature’s Bio-Superlens. Nano Letters, 16(9), 5842–5845. 2016. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b02641
Li J., Liu W., Li T., Rozen I., Zhao J., Bahari B., Kante B., Wang J. Swimming Microrobot Optical Nanoscopy. Nano Lett. 16(10):6604-6609. 2016. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b03303.
Jin G., Bachman H., Naquin T.D., Rufo J., Hou S., Tian Z., Zhao C., Huang T.J. Acoustofluidic Scanning Nanoscope with High Resolution and Large Field of View. ACS Nano. Jul 28;14(7):8624-8633. 2020. https://doi.org/
10.1021/acsnano.0c 03009.
Wang S., Zhang D., Zhang H., Han X., Xu R. Super-resolution optical microscopy based on scannable cantilever-combined microsphere. Microscopy Research and Technique, 78(12), 1128–1132. 2015. https://doi.org/10.1002/jemt.22595
Wang F., Liu L., Yu H., Wen Y., Yu P., Liu Z., Wang Y., Li W.J. Scanning superlens microscopy for non-invasive large field-of-view visible light nanoscale imaging. Nature Communications, 7(1). 2016. https://doi.org/10.1038/ncomms13748
Zhang T., Yu H., Li P., Wang X., Wang F., Shi J., Liu Z., Yu P., Yang W., Wang Y., Liu L. Microsphere-Based Super-Resolution Imaging for Visualized Nanomanipulation. ACS Applied Materials & Interfaces, 12(42), 48093–48100. 2020. https://doi.org/10.1021/acsami.0c 12126
Yan B., Song Y., Yang X., Xiong D., Wang Z. (2020). Unibody microscope objective tipped with a microsphere: design, fabrication, and application in subwavelength imaging. Applied Optics 59, Issue 8, 2641
Sheppard A. Microspheric lens – new word in optical nanoscopy. Nanoindustry Russia 3, 202–204. 2018.
Krivitsky L.A., Wang J.J., Wang Z., Luk’yanchuk B. Locomotion of microspheres for super-resolution imaging. Scientific Reports, 3(1). 2013. https://doi.org/10.1038/srep 03501
Zhang T., Yu H., Shi J., Wang X., Luo H., Lin D., Liu Z., Su C., Wang Y., Liu L. Correlative AFM and Scanning Microlens Microscopy for Time-Efficient Multiscale Imaging. Advanced Science, 9(12), 2103902. 2022. https://doi.org/10.1002/advs.202103902
Wang W., Yan B., Wang H., Chen Y., Nie X., Yi C., Wang Z., Xu Z., Zeng J., Fan W. Wide-Field and Real-Time Super-Resolution Optical Imaging By Titanium Dioxide Nanoparticle-Assembled Solid Immersion Lens. Small, 2207596. 2023. https://doi.org/10.1002/smll.202207596
Zhang T., Li P., Yu H., Wang F., Wang X., Yang T., Yang W., Li W.J., Wang Y., Liu L. Fabrication of flexible microlens arrays for parallel super-resolution imaging. Applied Surface Science, 504, 144375. 2020. https://doi.org/10.1016/j.apsusc. 2019.144375
Zhang T., Yu H., Shi J., Wang X., Luo H., Lin D., Liu Z., Su C., Wang Y., Liu L. Correlative AFM and Scanning Microlens Microscopy for Time-Efficient Multiscale Imaging. Advanced Science, 9(12), 2103902. 2022. https://doi.org/10.1002/advs.202103902
Yan B., Wang Z., Parker A.L., Lai Y.K., Thomas J.P., Yue L., Monks J.N. Superlensing microscope objective lens. Applied Optics, 56(11), 3142. 2017. https://doi.org/10.1364/ao.56.003142
Perrin S., Li H., Badu K., Comparon T., Quaranta G., Messaddeq N., Lemercier N., Montgomery P., Vonesch J.L., Lecler S. Transmission Microsphere-Assisted Dark-Field Microscopy. Physica Status Solidi (RRL) – Rapid Research Letters, 13(2), 1800445. 2018. https://doi.org/10.1002/pssr.201800445
Wang W., Yan B., Wang H., Chen Y., Nie X., Yi C., Wang Z., Xu Z., Zeng J., Fan W. Wide-Field and Real-Time Super-Resolution Optical Imaging By Titanium Dioxide Nanoparticle-Assembled Solid Immersion Lens. Small, 2207596. 2023. https://doi.org/10.1002/smll.202207596
Yaminsky I.V., Akhmetova A.I., Senotrusova S.A. Kinetics of the transformation of erythrocytes into echinocytes in microlens microscopy. Medicine and High Technology, 3. 2022. http://dx.doi.org/10.34219/2306-3645-2022-12-3-58-61
Yan Y., Li L., Feng C., Guo W., Lee S., Hong M. Microsphere-Coupled Scanning Laser Confocal Nanoscope for Sub-Diffraction-Limited Imaging at 25 nm Lateral Resolution in the Visible Spectrum. ACS Nano, 8(2), 1809–1816. 2014. https://doi.org/10.1021/nn406201q
Kasim J., Ting Y., Meng Y.Y., Ping L.J. See A., Jong L.L., Xiang S.Z. Near-field Raman imaging using optically trapped dielectric microsphere. Opt. Express, 16, 7976–7984. 2008.
Wang F., Liu L., Yu P., Liu Z., Yu H., Wang Y., Li W.J. Three-Dimensional Super-Resolution Morphology by Near-Field Assisted White-Light Interferometry. Scientific Reports, 6(1). 2016. https://doi.org/10.1038/srep 24703
Gao P., Yuan C. Resolution enhancement of digital holographic microscopy via synthetic aperture: a review. Light: Advanced Manufacturing, 3(1), 105. 2022. https://doi.org/10.37188/lam.2022.006
O’Connor T., Anand A., Javidi B. Field-portable microsphere-assisted high resolution digital holographic microscopy in compact and 3D-printed Mach-Zehnder Interferometer. OSA Continuum, 3(4), 1013. 2020. https://doi.org/10.1364/osac. 389832
Kassamakov I., Lecler S., Nolvi A., Leong-Hoï A., Montgomery P., Hæggström E. 3D Super-Resolution Optical Profiling Using Microsphere Enhanced Mirau Interferometry. Scientific Reports, 7(1). 2017. https://doi.org/10.1038/s41598-017-03830-6
Abbasian V., Moradi A.R. Microsphere-assisted super-resolved Mueller matrix microscopy. Optics Letters, 45(15), 4336. 2020. https://doi.org/10.1364/ol.395735
Yaminsky I.V., Sinitsyna O.V., Akhmetova A.I., Senotrusova S.A., Piryazev A.A., Kozhina E.P., Bedin S.A. Use microlenses to increase the resolution of optical microscopy and enhance Raman scattering. Nanoindustry 14, 6, 382–388. 2021. http://dx.doi.org/10.22184/1993-8578.2021.14.6.382.388
Yaminsky I.V., Akhmetova A.I., Senotrusova S.A., Wang Z., Bing Y., Lukyanchuk B.S., Barmina E., Simakin A.V., Shafeev G.A. A new solution for bionanoscopy based on optical microlens technology. Nanoindustry 14, 5, 292–297. 2021. http://dx.doi.org/10.22184/1993-8578.2021.14.5.292.297
Darafsheh A., Guardiola C., Finlay J., Cárabe A., Nihalani D. Simple super-resolution biological imaging. SPIE Newsroom. 2015. https://doi.org/10.1117/2.1201503.005912
Yang H., Moullan N., Auwerx J., Gijs M.A.M. Super-Resolution Biological Microscopy Using Virtual Imaging by a Microsphere Nanoscope. Small, 10(9), 1712–1718. 2013. https://doi.org/10.1002/smll.201302942
Li L., Guo W., Yan Y., Lee S., Wang T. Label-free super-resolution imaging of adenoviruses by submerged microsphere optical nanoscopy. Light: Science & Applications, 2(9), e104–e104. 2013. https://doi.org/10.1038/lsa.2013.60
Wang F., Liu L., Yu H., Wen Y., Yu P., Liu Z., Wang Y., Li W.J. Scanning superlens microscopy for non-invasive large field-of-view visible light nanoscale imaging. Nature Communications, 7(1). 2016. https://doi.org/10.1038/ncomms13748
Johnson P.B., Karvounis A., Singh H.J., Brereton C.J., Bourdakos K.N., Lunn K., Roberts J.J.W., Davies D.E., Muskens O.L., Jones M.G., Mahajan S. Superresolved polarization-enhanced second-harmonic generation for direct imaging of nanoscale changes in collagen architecture. Optica, 8(5), 674. 2021. https://doi.org/10.1364/optica.411325
Aakhte M., Abbasian V., Akhlaghi E.A., Moradi A.R., Anand A., Javidi B. Microsphere-assisted super-resolved Mirau digital holographic microscopy for cell identification. Applied Optics, 56(9), D8. 2017. https://doi.org/10.1364/ao.56.0000d8
Běhal J., Pirone D., Sirico D., Bianco V., Mugnano M., del Giudice D., Cavina B., Kurelac I., Memmolo P., Miccio L., Ferraro P. On monocytes and lymphocytes biolens clustering by in flow holographic microscopy. Cytometry Part A, 103(3), 251–259. 2022. https://doi.org/10.1002/cyto.a.24685
Li Y., Liu X. Li B. Single-cell biomagnifier for optical nanoscopes and nanotweezers. Light Sci Appl 8, 61. 2019. https://doi.org/10.1038/s41377-019-0168-4
Miccio L., Memmolo P., Merola F. et al. Red blood cell as an adaptive optofluidic microlens. Nat Commun 6, 6502. 2015. https://doi.org/10.1038/ncomms7502
Chen X., Li H., Wu T., Gong Z., Guo J., Li Y., Li B., Ferraro P., Zhang Y. Optical-force-controlled red-blood-cell microlenses for subwavelength trapping and imaging. Biomedical Optics Express, 13(5), 2995. 2022. https://doi.org/10.1364/boe.457700
Rodrigues de Mercado R., Van Hoorn H., de Valois M., Backendorf C., Eckert J., Schmidt T. Characterization of cell-induced astigmatism in high-resolution imaging. Biomedical Optics Express, 13(1), 464. 2021. https://doi.org/10.1364/boe.444950
Yaminsky I.V., Senotrusova S.A., Akhmetova A.I. Super-resolution microlens microscopy. Scientific notes of the Faculty of Physics of Moscow University, 4, 2240802–1. 2022.
Научная статья
СВЕРХРАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МИКРОЛИНЗ В ИССЛЕДОВАНИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
С.А.Сенотрусова1, 2, магистрант, инж., ORCID: 0000-0003-0960-8920
А.И.Ахметова1, 2, мл. науч. сотр., вед. спец., ORCID: 0000-0002-5115-8030
И.В.Яминский1, 2, д.ф.-м.н., проф. МГУ имени М.В. Ломоносова, генеральный директор Центра перспективных технологий, ORCID: 0000-0001-8731-3947 / yaminsky@nanoscopy.ru
Аннотация. Пространственное разрешение любого обычного оптического микроскопа ограничено дифракцией световых волн на апертуре объектива, при белом свете в лучших оптических микроскопах предел разрешения составляет около 200 нм. Один из способов преодоления данного ограничения – микролинзовая микроскопия. Микроскопия с использованием микросфер является одним из видов микроскопии без использования меток, в котором сферические микролинзы помещаются непосредственно на образец или вблизи образца для получения оптических изображений высокого разрешения. Благодаря визуализации без использования меток и в режиме реального времени оптическая микролинзовая микроскопия демонстрирует большой потенциал в медицине и биологии.
Ключевые слова: микролинзовая микроскопия, микросферы, физика живых систем, сканирующая зондовая микроскопия, бионаноскопия
Для цитирования: С.А. Сенотрусова, А.И. Ахметова, И.В. Яминский. Сверхразрешающая способность микролинз в исследовании биологических объектов. НАНОИНДУСТРИЯ. 2023. Т. 16, № 3–4. С. 168–176. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.168.176
Received: 25.04.2023 | Accepted: 28.04.2023 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.168.176
Original paper
SUPERRESOLUTION OF MICROLENSES IN THE PHYSICS OF LIVING SYSTEMS
S.A.Senotrusova1, 2, Student, ORCID: 0000-0003-0960-8920
A.I.Akhmetova1, 2, Junior Researcher, Leading Specialist, ORCID: 0000-0002-5115-8030
I.V.Yaminsky1, 2, Doct. of Sci. (Physics and Mathematics), Prof., General Director of Advanced Technologies Center, ORCID: 0000-0001-8731-3947 / yaminsky@nanoscopy.ru
Abstract. The spatial resolution of any conventional optical microscope is limited by the diffraction of light waves on the objective aperture, with white light the best optical microscopes resolution is about 200 nm. One way to overcome this limitation is microlens microscopy. Microsphere microscopy is a type of label-free microscopy in which spherical microlenses are placed directly on or near the sample to produce high-resolution optical images. With label-free and real-time imaging, optical microlens microscopy shows great potential in medicine and biology.
Keywords: microlens microscopy, microsphere, physics of living systems, scanning probe microscopy, bionanoscopy
For citation: S.A. Senotrusova, A.I. Akhmetova, I.V. Yaminsky. Superresolution of microlenses in the physics of living systems. NANOINDUSTRY. 2023. V. 16, no. 3–4. PP. 168–176. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.3-4.168.176.
ВВЕДЕНИЕ
В микролинзовой оптической микроскопии прозрачная диэлектрическая микросфера помещается в непосредственной близости от исследуемого образца и работает как дополнительное увеличительное стекло между образцом и объективом оптического микроскопа. Эффективность и простота позволяют использовать микросферы из разных материалов и с разными геометрическими параметрами, в воздушных и жидких средах, а также интегрировать микросферы в другие высокоинформативные методы исследования в микроскопии высокого разрешения [1].
Впервые данный метод визуализации был представлен в 2011 году [2]. Микросферы из титаната бария диаметром 2–220 мкм и с высоким показателем преломления (n ∼ 1,9–2,1) могут быть использованы для визуализации наноструктур до 100 нм в жидкости [3]. С тех пор появились разные способы использования микролинз: предлагали погружать сферы наполовину в этанол [4], в раствор сахара и иммерсионное масло [5, 6], в эластомеры [7–9], а сами микролинзы формировали из растворов наночастиц [10], из бактерий [11] и даже паутины [12].
Позиционирование микролинз над образцом
Одна из главных проблем в широком применении микролинзовой микроскопии – это обеспечение точного позиционирования микросфер (рис.1). Для сканирования поверхности образца с помощью микросфер могут использоваться химические, физические и механические способы позиционирования. При использовании химических и физических способов интересующая область сканируется за счет локальных каталитических реакций [13], оптических пинцетов, акустических жидкостей [14]. Эти методы не имеют ограниченного поля зрения и не фиксируют микросферу.
Сканирование с помощью механического манипулятора можно реализовывать в атомно-силовом микроскопе, используя зонд или капилляр (рис.2) и трехмерный стол перемещения [15–17]. В этом случае точность позиционирования достигает нескольких нанометров, но поле зрения ограничено полем пьезоманипулятора. Также требуется большое место для установки. Микролинзовая микроскопия позволяет значительно улучшить разрешение при сканировании двумерных образцов, однако при визуализации трехмерной поверхности неизбежно повреждение образца или микролинзы из-за отсутствия обратной связи по положению микросферы над изучаемой поверхностью или по силе взаимодействия между зондом и образцом. Существуют разные методы для более точного позиционирования микросфер в пространстве: микролинзы закрепляли непосредственно на поверхности объектива [18, 19], приклеивали к стеклянной микропипетке [20], прикрепляли к кантилеверу АСМ [21], создавали твердые иммерсионные линзы с массивами микросфер внутри [22].
Разрабатываются специальные массивы из микролинз, за счет чего увеличивается поле обзора и несколько упрощается задача позиционирования массива над поверхностью образца. Благодаря специальному держателю, соединенному с пьезокерамическим столиком, с использованием такого массива было получено изображение поверхности Blu-ray диска площадью 900 мкм2, последовательно сшитое из 210 изображений [23].
В работе [24] исследователям удалось прикрепить кремниевую микролинзу к кантилеверу и нарастить алмазный зонд для одновременного сканирования рельефа и получения оптического изображения поверхности образца. Благодаря этому наблюдали образец микросхемы площадью 90 × 90 мкм2 с размерами структур до 60 нм.
Отсутствие меток
Микролинзовая микроскопия позволяет исследовать биологические образцы без меток. Используя массив микролинз из титаната бария, удалось визуализировать частицы аденовируса с разрешением до 100 нм [25]. С помощью микросфер из натриево-известкового стекла диаметром 25 мкм были изучены структуры клеток мозга мыши размером до 100 нм [26]. Иммерсионные линзы из плотно упакованных 15-нм сфер оксида титана позволили визуализировать биологические объекты: опухолевые клетки на воздухе, спиральные бактерии, Streptococcus thermophilus, эхиноциты мыши в водной среде [27]. С помощью микролинз из титаната бария был продемонстрирован переход эритроцита в эхиноцит без фиксации в режиме реального времени (рис.3) [28].
Совмещение с другими методами
Одно из преимуществ микролинзовой технологии – возможность ее эффективного совмещения с другими методами микроскопии.
Микросферы могут быть применены в сочетании с конфокальной [29], рамановской [30], интерферометрической [31], голографической микроскопией [32, 33], интерферометрией Мирау [34], матричной микроскопией Мюллера [35], микроскопией второй оптической гармоники.
С помощью микросферы было улучшено разрешение в рамановской микроскопии при визуализации графеновых нанотрубок [36]. Совмещение микролинз и лазера на парах меди позволяет не только улучшить разрешение, но и избавиться от таких нежелательных явлений, как фотоповреждение при исследовании биологических объектов за счет применения низкой интенсивности света [37].
Микросферы можно сочетать с флуоресцентной микроскопией и исследовать такие биологические объекты, как клетки глиобластомы [38], гепатоциты мыши [39], аденовирусы [40]. В работе [41] совместили атомно-силовую и флуоресцентную микроскопию и получили изображения поверхности живых клеток миобластов мыши (C2C12) и клеток рака молочной железы человека (MCF-7), используя режим постоянной высоты.
Образец фиброзной ткани легкого, содержащего коллаген, визуализировали с разрешением до 125 нм через сферу титаната бария диаметром 14 мкм за счет совмещения микролинз и микроскопии второй оптической гармоники (Second Harmonic Generation, SHG) [42].
Микросферы улучшили латеральное разрешение в цифровой голографической микроскопии при исследовании эритроцитов больных талассемией, для которых характерно снижение выработки гемоглобина [43].
Помимо коммерчески доступных микросфер, есть исследования по применению биологических линз – бактерий, дрожжей, стволовых клеток, лимфоцитов и моноцитов [44]. С помощью клетки в качестве микролинзы и оптического пинцета для ее позиционирования, удалось разрешить волокнистый цитоскелет внутри эпителиальной клетки и двухслойные структуры на клеточной мембране, которые были неразличимы при использовании обычного микроскопа [45].
Эритроцит может разбухать от объема диска в 90 фл до сферы в 150 фл, изменяя фокусное расстояние от отрицательных до положительных значений, поэтому также применяется в качестве биолинзы [46]. Благодаря эластичности клеточных мембран, форма эритроцита может быть легко преобразована под действием оптических сил для изменения фокусного расстояния от 3,3 до 6,5 мкм. С помощью микролинз-эритроцитов были визуализированы частицы полистирола размером 500 нм [47].
В работе [48] исследовали микрорельеф с помощью клеток Hela и показали, что астигматизм, вызванный клеточным ядром, особенно в процессе деления клетки, может привести к аберрациям до сотен нанометров и неточностям наблюдений в микроскопии высокого разрешения.
В наших работах для измерений в жидкости используются микролинзы из титаната бария BTGMS-4,25, диаметр 30–100 мкм, плотность 4,22 г/см3, показатель преломления 1,9, для измерений на воздухе – микросферы из полиметилакрилата (ПМА) диаметром 9 мкм, собственный показатель преломления которых составляет 1,49 [49].
В работе задействованы два оптических микроскопа – прямой микроскоп Zeiss Model AxioSkop-40 в режиме отраженного света и инвертированный микроскоп Nikon Ti-U Eclipse в режиме проходящего света. Используемые объективы: Nikon Plan Fluor 10x/0.30 и Nikon S Plan Fluor 40x/0.60.
Благодаря использованию инвертированного микроскопа возможно исследование биологических объектов в динамике в жидкости, для этого на дно чашки Петри размещаются микролинзы, а образец наносится сверху. Также для измерений в жидкости возможно размещение микролинз и образца в жидкости между двумя покровными стеклами. В этом случае можно снять движение объектов в объеме в процессе высыхания образца.
ВЫВОДЫ
Несмотря на бурное развитие использования микролинз при разрешении статических объектов, калибровочных решеток, микросхем, оптических дисков, динамическим явлениям в биологии посвящено не так много работ. Отчасти это связано с отсутствием стандартного подхода к их интеграции в существующие оптические приборы, необходимостью постоянно калибровать установку в соответствии с условиями эксперимента. Микросфера собирает затухающую волну в ближнем поле и преобразует в распространяющуюся. Это означает, что расстояние между микросферой и образцом должно быть меньше длины волны, поэтому так важно точно контролировать положение микросферы с учетом обратной связи. Кроме того, поле зрения отдельных микросфер довольно мало – сравнимо с диаметром микросфер. Технология сшивания изображений в процессе сканирования позволяет увеличить поле обзора, но затрудняет обработку результатов.
В совершенствовании методик работы с микролинзами еще много пробелов, но у данного метода есть огромный потенциал для быстрого и относительно простого улучшения разрешения оптической микроскопии, и мы активно работаем над оптимизацией этой технологии применительно к биологическим объектам.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа Ахметовой А.И. поддержана РНФ (проект № 23-74-30003), работа Сенотрусовой С.А. поддержана Фондом развития теоретической физики и математики "БАЗИС" (договор № 22-2-9-19-1).
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Trukhova A., Pavlova M., Sinitsyna O., Yaminsky I. Microlens-assisted microscopy for biology and medicine. Journal of Biophotonics 15, 9, 1–18. 2022. http://dx.doi.org/10.1002/jbio.202200078
Wang Z., Guo W., Li L., Luk’yanchuk B., Khan A., Liu Z., Chen Z., Hong M. Optical virtual imaging at 50 nm lateral resolution with a white-light nanoscope. Nature Communications, 2, 218. 2011. https://doi.org/10.1038/ncomms1211
Darafsheh A., Walsh G.F., Dal Negro L., Astratov V.N. Optical super-resolution by high-index liquid-immersed microspheres. Applied Physics Letters, 101(14), 141128. 2012. https://doi.org/10.1063/1.4757600
Hao X., Kuang C., Liu X., Zhang H., Li Y. Microsphere based microscope with optical super-resolution capability. Applied Physics Letters, 99(20), 203102. 2011. https://doi.org/10.1063/1.3662010
Lee S., Li L., Wang Z., Guo W., Yan Y., Wang T. Immersed transparent microsphere magnifying sub-diffraction-limited objects. Applied Optics, 52(30), 7265. 2013. https://doi.org/10.1364/ao.52.007265
Darafsheh, Arash et al. Super-resolution imaging by high-index microspheres immersed in a liquid. 14th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON) (): 1–3. 2012. doi: 10.1109/ICTON. 2012.6254502
Darafsheh A., Guardiola C., Palovcak A., Finlay J.C., Cárabe A. Optical super-resolution imaging by high-index microspheres embedded in elastomers. Optics Letters, 40(1), 5. 2014. https://doi.org/10.1364/ol.40.000005
Darafsheh A., Guardiola C., Nihalani D., Lee D., Finlay J.C., Cárabe A. Biological super-resolution imaging by using novel microsphere-embedded coverslips. Nanoscale Imaging, Sensing, and Actuation for Biomedical Applications XII. 2015. https://doi.org/10.1117/12.2078019
Darafsheh A. Fabrication and characterization of novel microsphere-embedded optical devices for enhancing microscopy resolution. Three-Dimensional and Multidimensional Microscopy: Image Acquisition and Processing XX. V. 2018. https://doi.org/10.1117/12.2289240
Fan W., Yan B., Wang Z., Wu L. Three-dimensional all-dielectric metamaterial solid immersion lens for subwavelength imaging at visible frequencies. Science Advances, 2(8). 2016. https://doi.org/10.1126/sciad. v. 1600901.
Schuergers N., Lenn T., Kampmann R., Meissner M.V., Esteves T., Temerinac-Ott M., Korvink J.G., Lowe A.R., Mullineaux C.W., Wilde A. Cyanobacteria use micro-optics to sense light direction. ELife, 5. 2016. https://doi.org/10.7554/elife.12620
Monks J.N., Yan B., Hawkins N., Vollrath F., Wang Z. Spider Silk: Mother Nature’s Bio-Superlens. Nano Letters, 16(9), 5842–5845. 2016. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b02641
Li J., Liu W., Li T., Rozen I., Zhao J., Bahari B., Kante B., Wang J. Swimming Microrobot Optical Nanoscopy. Nano Lett. 16(10):6604-6609. 2016. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b03303.
Jin G., Bachman H., Naquin T.D., Rufo J., Hou S., Tian Z., Zhao C., Huang T.J. Acoustofluidic Scanning Nanoscope with High Resolution and Large Field of View. ACS Nano. Jul 28;14(7):8624-8633. 2020. https://doi.org/
10.1021/acsnano.0c 03009.
Wang S., Zhang D., Zhang H., Han X., Xu R. Super-resolution optical microscopy based on scannable cantilever-combined microsphere. Microscopy Research and Technique, 78(12), 1128–1132. 2015. https://doi.org/10.1002/jemt.22595
Wang F., Liu L., Yu H., Wen Y., Yu P., Liu Z., Wang Y., Li W.J. Scanning superlens microscopy for non-invasive large field-of-view visible light nanoscale imaging. Nature Communications, 7(1). 2016. https://doi.org/10.1038/ncomms13748
Zhang T., Yu H., Li P., Wang X., Wang F., Shi J., Liu Z., Yu P., Yang W., Wang Y., Liu L. Microsphere-Based Super-Resolution Imaging for Visualized Nanomanipulation. ACS Applied Materials & Interfaces, 12(42), 48093–48100. 2020. https://doi.org/10.1021/acsami.0c 12126
Yan B., Song Y., Yang X., Xiong D., Wang Z. (2020). Unibody microscope objective tipped with a microsphere: design, fabrication, and application in subwavelength imaging. Applied Optics 59, Issue 8, 2641
Sheppard A. Microspheric lens – new word in optical nanoscopy. Nanoindustry Russia 3, 202–204. 2018.
Krivitsky L.A., Wang J.J., Wang Z., Luk’yanchuk B. Locomotion of microspheres for super-resolution imaging. Scientific Reports, 3(1). 2013. https://doi.org/10.1038/srep 03501
Zhang T., Yu H., Shi J., Wang X., Luo H., Lin D., Liu Z., Su C., Wang Y., Liu L. Correlative AFM and Scanning Microlens Microscopy for Time-Efficient Multiscale Imaging. Advanced Science, 9(12), 2103902. 2022. https://doi.org/10.1002/advs.202103902
Wang W., Yan B., Wang H., Chen Y., Nie X., Yi C., Wang Z., Xu Z., Zeng J., Fan W. Wide-Field and Real-Time Super-Resolution Optical Imaging By Titanium Dioxide Nanoparticle-Assembled Solid Immersion Lens. Small, 2207596. 2023. https://doi.org/10.1002/smll.202207596
Zhang T., Li P., Yu H., Wang F., Wang X., Yang T., Yang W., Li W.J., Wang Y., Liu L. Fabrication of flexible microlens arrays for parallel super-resolution imaging. Applied Surface Science, 504, 144375. 2020. https://doi.org/10.1016/j.apsusc. 2019.144375
Zhang T., Yu H., Shi J., Wang X., Luo H., Lin D., Liu Z., Su C., Wang Y., Liu L. Correlative AFM and Scanning Microlens Microscopy for Time-Efficient Multiscale Imaging. Advanced Science, 9(12), 2103902. 2022. https://doi.org/10.1002/advs.202103902
Yan B., Wang Z., Parker A.L., Lai Y.K., Thomas J.P., Yue L., Monks J.N. Superlensing microscope objective lens. Applied Optics, 56(11), 3142. 2017. https://doi.org/10.1364/ao.56.003142
Perrin S., Li H., Badu K., Comparon T., Quaranta G., Messaddeq N., Lemercier N., Montgomery P., Vonesch J.L., Lecler S. Transmission Microsphere-Assisted Dark-Field Microscopy. Physica Status Solidi (RRL) – Rapid Research Letters, 13(2), 1800445. 2018. https://doi.org/10.1002/pssr.201800445
Wang W., Yan B., Wang H., Chen Y., Nie X., Yi C., Wang Z., Xu Z., Zeng J., Fan W. Wide-Field and Real-Time Super-Resolution Optical Imaging By Titanium Dioxide Nanoparticle-Assembled Solid Immersion Lens. Small, 2207596. 2023. https://doi.org/10.1002/smll.202207596
Yaminsky I.V., Akhmetova A.I., Senotrusova S.A. Kinetics of the transformation of erythrocytes into echinocytes in microlens microscopy. Medicine and High Technology, 3. 2022. http://dx.doi.org/10.34219/2306-3645-2022-12-3-58-61
Yan Y., Li L., Feng C., Guo W., Lee S., Hong M. Microsphere-Coupled Scanning Laser Confocal Nanoscope for Sub-Diffraction-Limited Imaging at 25 nm Lateral Resolution in the Visible Spectrum. ACS Nano, 8(2), 1809–1816. 2014. https://doi.org/10.1021/nn406201q
Kasim J., Ting Y., Meng Y.Y., Ping L.J. See A., Jong L.L., Xiang S.Z. Near-field Raman imaging using optically trapped dielectric microsphere. Opt. Express, 16, 7976–7984. 2008.
Wang F., Liu L., Yu P., Liu Z., Yu H., Wang Y., Li W.J. Three-Dimensional Super-Resolution Morphology by Near-Field Assisted White-Light Interferometry. Scientific Reports, 6(1). 2016. https://doi.org/10.1038/srep 24703
Gao P., Yuan C. Resolution enhancement of digital holographic microscopy via synthetic aperture: a review. Light: Advanced Manufacturing, 3(1), 105. 2022. https://doi.org/10.37188/lam.2022.006
O’Connor T., Anand A., Javidi B. Field-portable microsphere-assisted high resolution digital holographic microscopy in compact and 3D-printed Mach-Zehnder Interferometer. OSA Continuum, 3(4), 1013. 2020. https://doi.org/10.1364/osac. 389832
Kassamakov I., Lecler S., Nolvi A., Leong-Hoï A., Montgomery P., Hæggström E. 3D Super-Resolution Optical Profiling Using Microsphere Enhanced Mirau Interferometry. Scientific Reports, 7(1). 2017. https://doi.org/10.1038/s41598-017-03830-6
Abbasian V., Moradi A.R. Microsphere-assisted super-resolved Mueller matrix microscopy. Optics Letters, 45(15), 4336. 2020. https://doi.org/10.1364/ol.395735
Yaminsky I.V., Sinitsyna O.V., Akhmetova A.I., Senotrusova S.A., Piryazev A.A., Kozhina E.P., Bedin S.A. Use microlenses to increase the resolution of optical microscopy and enhance Raman scattering. Nanoindustry 14, 6, 382–388. 2021. http://dx.doi.org/10.22184/1993-8578.2021.14.6.382.388
Yaminsky I.V., Akhmetova A.I., Senotrusova S.A., Wang Z., Bing Y., Lukyanchuk B.S., Barmina E., Simakin A.V., Shafeev G.A. A new solution for bionanoscopy based on optical microlens technology. Nanoindustry 14, 5, 292–297. 2021. http://dx.doi.org/10.22184/1993-8578.2021.14.5.292.297
Darafsheh A., Guardiola C., Finlay J., Cárabe A., Nihalani D. Simple super-resolution biological imaging. SPIE Newsroom. 2015. https://doi.org/10.1117/2.1201503.005912
Yang H., Moullan N., Auwerx J., Gijs M.A.M. Super-Resolution Biological Microscopy Using Virtual Imaging by a Microsphere Nanoscope. Small, 10(9), 1712–1718. 2013. https://doi.org/10.1002/smll.201302942
Li L., Guo W., Yan Y., Lee S., Wang T. Label-free super-resolution imaging of adenoviruses by submerged microsphere optical nanoscopy. Light: Science & Applications, 2(9), e104–e104. 2013. https://doi.org/10.1038/lsa.2013.60
Wang F., Liu L., Yu H., Wen Y., Yu P., Liu Z., Wang Y., Li W.J. Scanning superlens microscopy for non-invasive large field-of-view visible light nanoscale imaging. Nature Communications, 7(1). 2016. https://doi.org/10.1038/ncomms13748
Johnson P.B., Karvounis A., Singh H.J., Brereton C.J., Bourdakos K.N., Lunn K., Roberts J.J.W., Davies D.E., Muskens O.L., Jones M.G., Mahajan S. Superresolved polarization-enhanced second-harmonic generation for direct imaging of nanoscale changes in collagen architecture. Optica, 8(5), 674. 2021. https://doi.org/10.1364/optica.411325
Aakhte M., Abbasian V., Akhlaghi E.A., Moradi A.R., Anand A., Javidi B. Microsphere-assisted super-resolved Mirau digital holographic microscopy for cell identification. Applied Optics, 56(9), D8. 2017. https://doi.org/10.1364/ao.56.0000d8
Běhal J., Pirone D., Sirico D., Bianco V., Mugnano M., del Giudice D., Cavina B., Kurelac I., Memmolo P., Miccio L., Ferraro P. On monocytes and lymphocytes biolens clustering by in flow holographic microscopy. Cytometry Part A, 103(3), 251–259. 2022. https://doi.org/10.1002/cyto.a.24685
Li Y., Liu X. Li B. Single-cell biomagnifier for optical nanoscopes and nanotweezers. Light Sci Appl 8, 61. 2019. https://doi.org/10.1038/s41377-019-0168-4
Miccio L., Memmolo P., Merola F. et al. Red blood cell as an adaptive optofluidic microlens. Nat Commun 6, 6502. 2015. https://doi.org/10.1038/ncomms7502
Chen X., Li H., Wu T., Gong Z., Guo J., Li Y., Li B., Ferraro P., Zhang Y. Optical-force-controlled red-blood-cell microlenses for subwavelength trapping and imaging. Biomedical Optics Express, 13(5), 2995. 2022. https://doi.org/10.1364/boe.457700
Rodrigues de Mercado R., Van Hoorn H., de Valois M., Backendorf C., Eckert J., Schmidt T. Characterization of cell-induced astigmatism in high-resolution imaging. Biomedical Optics Express, 13(1), 464. 2021. https://doi.org/10.1364/boe.444950
Yaminsky I.V., Senotrusova S.A., Akhmetova A.I. Super-resolution microlens microscopy. Scientific notes of the Faculty of Physics of Moscow University, 4, 2240802–1. 2022.
Отзывы читателей
