Новый вид микроскопа объединил видеозаписи с десятков камер

Новый вид микроскопа, который объединяет видеозаписи с десятков небольших камер, может предоставить исследователям 3D-изображения их экспериментов. Независимо от того, записывает ли устройство 3D-фильмы о десятках свободно плавающих рыбок данио или о брачной активности плодовых мушек с детализацией почти на клеточном уровне в очень широком поле зрения, оно открывает новые возможности для исследователей по всему миру.

Объединение видеозаписей с десятков камер обеспечивает уникальное 3D-изображение экспериментов с микроскопическими деталями.

Когда двое аспирантов сделали первый снимок с помощью своего собранного из множества деталей микроскопа, он получился лучше, чем они надеялись. Затем их коллеги, изучающие рыбок данио, впервые использовали его и были поражены. Новое оборудование сразу выявило новые особенности поведения, рассказал Рорк Хорстмейер, доцент кафедры биомедицинской инженерии Дюкского университета.

На следующий день двое аспирантов продемонстрировали принцип работы устройства на детской книге-головоломке. Объединив 24 камеры смартфонов на единой платформе и сшив их изображения вместе, они создали единую камеру, способную делать гигапиксельные снимки на площади размером с лист бумаги.

Спустя шесть лет доработок исследователи сделали неожиданное открытие. Усовершенствование процесса одновременного соединения десятков отдельных камер с субпиксельным разрешением позволило им также видеть высоту объектов.


— Рорк Хорстмейер, доцент кафедры биомедицинской инженерии Дюкского университета.

В статье, опубликованной онлайн в журнале Nature Photonics («Фотоника природы»), Хорстмейер с коллегами описали возможности своего изобретения Multi Camera Array Microscope (MCAM), то есть «Многокамерный матричный микроскоп». Последняя версия MCAM включает 54 объектива с более высокой скоростью и разрешением, чем прототип.

Однако параллельная конструкция MCAM создает новые проблемы с обработкой данных, поскольку запись продолжительностью в несколько минут — это более терабайта данных.


— Кевин Чжоу, научный сотрудник лаборатории Хорстмейера и ведущий автор статьи.

Хорстмейер добавил, что помимо отслеживания сообществ мелких животных, оборудование также позволит проводить более масштабные автоматические параллельные исследования. Например, микроскоп может наблюдать за планшетом с 384 лунками, заполненными различными органоидами, для тестирования фармацевтических реакций. При этом он будет регистрировать клеточные реакции в каждой лунке и по отдельности отмечать любые интересные результаты.

Вместе с соавтором Марком Харфушем, который был вдохновителем их первого изображения, Хорстмейер основал стартап-компанию Ramona Optics для выхода на рынок. Один из первых клиентов, MIRA Imaging, использует технологию для фиксации уникальных черт произведений изобразительного искусства, предметов коллекционирования и роскоши для защиты от подделки и мошенничества.