Zusammenfassung
Die digitale holografische Mikroskopie ist eine relativ neue Technik in der modernen medizinischen Praxis, mit der in nur wenigen Sekunden ein Bild aufgenommen werden kann. Es handelt sich dabei um eine nicht-invasive Technik, die das Präparat nicht beschädigt und in Bereichen wie Biologie, digitaler Pathologie und Nanotechnologie eingesetzt wird. Mediziner:innen, Forscher:innen und Wissenschaftler:innen können digitale holografische Mikroskope verwenden, um ohne erforderliche Färbung oder Kennzeichnung ein 3D-Bild zu erzeugen. Dieser Artikel befasst sich mit den Vorteilen und Merkmalen dieser Technik, die die Qualität der Arbeit verbessert und genauere und detailliertere Ergebnisse liefert.
Mehr über die digitale holografische Mikroskopie
Die digitale holografische Mikroskopie (DHM) ist ein interferometrisches Verfahren, das anhand eines einzigen Bildes, das in wenigen Mikrosekunden aufgenommen wird, die 3D-Topografie erfasst. DHM ermöglicht Echtzeitmessungen, in bis zu 25 pro Sekunde im Live-Modus, und ist im Nachbearbeitungsmodus nur durch die Aufnahmegeschwindigkeit der Kamera begrenzt. Bei periodischen Verschiebungen ermöglicht ein Stroboskopmodul die 3D-Verschiebungsmessung mit bis zu 25 MHz und kurzen Laserpulsen von 7,5 Ns. Die laterale Auflösung ist durch die numerische Apertur des Mikroskopobjektivs begrenzt, ähnlich wie bei digitalen und optischen Mikroskopen. Die DHM verfügt über keine mechanische Abtastung, sodass die vertikale Kalibrierung durch die Wellenlänge gegeben ist. Außerdem ermöglicht sie eine vertikale Auflösung von 0,1 nm und eine Wiederholbarkeit von 0,001 nm. Diese Technik ist ideal für die Zertifizierungsmetrologie und für die schnelle topografische Abbildung bei zahlreichen Anwendungsfällen.
Arten der digitalen holografischen Mikroskopie
Es gibt zwei verschiedene Arten der digitalen holografischen Mikroskopie: Transmissions-DHM und Reflexions-DHM. Bei der Transmissions-DHM wird der Unterschied im optischen Weg eines Strahls gemessen, der die zu untersuchende Probe durchquert. Experten und Expertinnen verwenden diese Mikroskope in der Regel zur Messung von mikrooptischen Komponenten, mikrofluidischen Geräten und Defekten in transparenten Proben. Das Reflexions-DHM erzeugt ein Bild auf der Grundlage der von der Probe reflektierten Wellenfront. Auf diese Weise ist es möglich, die Topographie der Probenoberfläche über die Reflexion zu betrachten.
DHM-Prinzip
Das Hauptkonzept der Holografie besteht darin, dass Lichtwellen Interferenzmuster erzeugen, die denen von Wasserwellen ähneln. Hologramme werden mit Hilfe von zwei Laserstrahlen erzeugt. Der eine Strahl wird als Probenstrahl bezeichnet und beleuchtet die Probe. Der andere wird als Referenzstrahl bezeichnet. Je nach Art der digitalen holografischen Mikroskopie durchläuft die Probe entweder eine Reflexion oder eine Transmission. Der Probenstrahl und der Referenzstrahl treffen dann zusammen und erzeugen ein Interferenzmuster, mit dem der Probenabdruck im Hologramm aufgezeichnet werden kann. Die Feinfokussierung der DHM ist nach der Aufnahme der Lichtwellen abgeschlossen. Danach verarbeitet der Computer das aufgezeichnete Hologramm und erzeugt holografische Bilder über mehrere verschiedene zentrale Instanzen.
Vorteile der DHM
Das Hauptmerkmal der DHM ist ihre Fähigkeit zur digitalen Bildverarbeitung und -aufnahme in Form von ladungsgekoppelten Geräten. Sie profitiert von fortschrittlichen Bilderfassungstechniken, die 3D-Bildgebung oder KI-gestützte Bildanalyselösungen beinhalten.
1. Kennzeichnungsfreie Bildgebungstechnik
Sie ermöglicht die Visualisierung transparenter Zellen auf klassischen bildgebenden Zellkulturplatten. Das quantitative Phasenkontrastbild der digitalen holografischen Mikroskopie steht in Beziehung zum intrazellulären Brechungsindex und zur Zelldicke. Benjamin Rappz et al. analysierten in einer 2014 veröffentlichten Studie Parameter, die mit der Zellmorphologie und dem intrazellulären Inhalt in Endpunktmessungen verbunden sind, und untersuchten sie weiter mit Zeitrafferaufnahmen. Die mit dieser Technik erzielten Ergebnisse wurden mit denen anderer optischer Techniken verglichen, nämlich Phasenkontrast, differentieller Interferenzkontrast und Transport der Intensitätsgleichung. Die Bilder wurden in einem gängigen 96-Well-Plattenformat auf verschiedenen motorisierten Mikroskopen aufgenommen. Im Gegensatz zu den anderen Methoden konnten die mit dieser Technik erzeugten Bilder mit Hilfe einer einfachen automatisierten On-the–Fly-Analysemethode leicht quantifiziert werden, um die verschiedenen Phänotypen, die in jeder Zelllinie erzeugt werden, zu unterscheiden. Sie eignet sich daher für die Entwicklung von robusten und wertfreien bildbasierten Untersuchungen.
2. Digitale Holografie und Mikroskopie
Die digitale holografische Mikroskopie ist eine Kombination aus digitaler Holografie und Mikroskopie. Sie ermöglicht es, transparente Zellen mit klassischen Zellkulturplatten sichtbar zu machen. Bei der DHM wird nicht wie bei anderen Mikroskopen ein projiziertes Bild der Probe erzeugt, sondern ein digitales Hologramm aus den Lichtwellen, die die Probe passiert haben. Eine numerische Rekonstruktion im Algorithmus erzeugt das Hologramm. In der traditionellen Mikroskopie wird eine abbildende Linse verwendet, um das Bildmuster zu erzeugen.
3. 3D-Abbildung
Die DHM liefert ein 3D-Bild der Probe, das eine genauere Analyse ihrer Struktur und Eigenschaften ermöglicht. Dies ist besonders in der Materialwissenschaft und Nanotechnologie nützlich, wo die Probe von ihrer 3D-Struktur abhängt.
4. Schnelle Bildgebung
Die DHM ermöglicht die Echtzeit-Bildgebung von lebenden Proben sowie die Untersuchung dynamischer Prozesse wie Zellwanderung und -teilung. Experten und Expertinnen können auch statische Proben schnell abbilden, was die Abbildungszeit verkürzt und die Untersuchung einer größeren Anzahl von Proben ermöglicht. DHM kann als nicht-invasive und zerstörungsfreie Bildgebungstechnik beschrieben werden, die die Prinzipien der Holographie und der Mikroskopie kombiniert. Diese Technik ermöglicht die Aufnahme und Rekonstruktion von 3D-Bildern von mikroskopischen Proben. Die entstandenen Bilder sind hochauflösend und erfordern keine Färbung oder Markierung.
Fazit
Die digitale holografische Mikroskopie (DHM) ist eine relativ neue Technik in der modernen medizinischen Praxis. Mit dieser Technik können Benutzer:innen 3D-Bilder erzeugen, die zu qualitativ hochwertigeren und genaueren Arbeitsergebnissen beitragen. Der Einsatz der DHM ist in der modernen medizinischen Praxis wichtig, da sie über fortschrittliche Bilderfassungstechniken verfügt. Sie ist besonders hilfreich, wenn es um die Untersuchung von transparenten Proben oder die Unterscheidung von zellulären morphologischen Veränderungen geht. Zur Untersuchung verwenden Forscher:innen oft künstliche Intelligenz und DHM. PreciAI ist eine dieser Lösungen, die sich in der digitalen Pathologie und in der medizinischen Praxis als sehr effektiv erwiesen hat. Je nach Art der Arbeit der medizinischen Experten und Expertinnen hat sich diese Technik als sehr erfolgreich erwiesen, so dass ihre Anwendung dazu verhilft, die Ergebnisse zu erhöhen und zu verbessern.
