الإعداد التجريبي بواسطة دان بولتجي وإرنست فان دير وي. عدسة المجهر الضوئي (أسفل اليمين) محاطة بالهواء وتنظر إلى الكرة الصغيرة من خلال لوحة زجاجية. توضع العينة فوق الطبق الزجاجي في قطرة ماء. المسافة بين اللوحة الزجاجية والكرة قابلة للتعديل، مما يسمح للباحثين بتغيير العمق. الائتمان: جامعة دلفت للتكنولوجيا

تعد دراسة الأنسجة والخلايا والبروتينات تحت المجهر أمرًا ضروريًا للوقاية من الأمراض وعلاجها. ويتطلب هذا البحث قياسات دقيقة لأبعاد هذه الهياكل البيولوجية. ومع ذلك، عند النظر إلى هذه العينات من خلال المجهر الضوئي، تبدو أحيانًا أكثر استواءً من شكلها الفعلي.

وقد أثبت الباحثون في جامعة دلفت للتكنولوجيا لأول مرة أن هذا الانحراف ليس ثابتا، على عكس ما افترضه العديد من العلماء على مدى عقود. نقطة تحول، نشرت بصريوهو توقع أكده ستيفن هيل الحائز على جائزة نوبل في التسعينيات. باستخدام أداة وبرنامج حسابي عبر الإنترنت، يستطيع كل باحث الآن تحديد العمق الدقيق للعينة البيولوجية.

نموذج مسطح

عند عرض العينات البيولوجية من خلال المجهر، يتم إزعاج شعاع الضوء إذا كانت عدسة الهدف في وسط مختلف عن العينة. على سبيل المثال، عند النظر إلى عينة ماء بعدسة محاطة بالهواء، تنحني أشعة الضوء بشكل أكثر حدة في الهواء المحيط بالعدسة مقارنة بالمياه. يؤدي هذا الاضطراب إلى أن يكون العمق المقاس في النموذج أصغر من العمق الحقيقي.

ونتيجة لذلك، يبدو النموذج مسطحًا. “هذه المشكلة معروفة منذ زمن طويل، ومنذ الثمانينات تم تطوير النظريات لتحديد العامل الدقيق لتحديد العمق، إلا أن كل هذه النظريات تفترض أن هذا العامل ثابت بغض النظر عن عمق العينة. “أشار ستيفن هيل الحائز على جائزة نوبل في التسعينيات إلى أن هذا القياس قد يعتمد على العمق، ومع ذلك فقد حدث هذا”، يوضح البروفيسور المشارك جاكوب هوجنبوم.

الحسابات والتجارب وأداة الويب

وقد أظهر سيرجي لاكينوف، وهو باحث سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة دلفت للتكنولوجيا، من خلال الحسابات والنمذجة الرياضية أن النمط يبدو أكثر تسطيحًا مما هو عليه في الواقع بعيدًا عن العدسة. أكد مرشح الدكتوراه دان بولتجي وباحث ما بعد الدكتوراه إرنست فان دير وي في المختبر أن عامل التصحيح يعتمد على العمق.

فان دير وي: “لقد قمنا بتجميع نتائجنا في أداة ويب وبرنامج متوفر مع المقالة. باستخدام هذه الأدوات، يمكن لأي شخص تحديد عامل تصحيح دقيق لتجربته.

فهم التشوهات والأمراض

“يعود الفضل جزئيًا إلى أداتنا الحسابية، يمكننا الآن تقطيع البروتين ومحيطه بدقة شديدة خارج النظام البيولوجي لتحديد البنية باستخدام المجهر الإلكتروني. هذا النوع من الفحص المجهري معقد للغاية، ويستغرق وقتًا طويلاً ومكلفًا بشكل لا يصدق. لذا يجب التأكد يقول بولتجي: “إنك تنظر إلى الهيكل الصحيح أمر بالغ الأهمية”.

“من خلال دقة العمق العالية لدينا، نحتاج إلى إنفاق وقت ومال أقل بكثير على العينات التي تخطئ هدفًا بيولوجيًا. في النهاية، يمكننا دراسة البروتينات والهياكل البيولوجية ذات الصلة للغاية. تحديد البنية الدقيقة للبروتين في النظام البيولوجي أمر بالغ الأهمية لفهم الشذوذات والأمراض ومكافحتها في نهاية المطاف.

حول أداة الويب

في أداة الويب، يمكنك ملء التفاصيل ذات الصلة بتجربتك، مثل مؤشرات الانكسار وزاوية فتحة الهدف والطول الموجي للضوء المستخدم. تعرض الأداة بعد ذلك منحنى لعامل القياس المعتمد على العمق. يمكنك أيضًا تصدير هذه البيانات لاستخدامك الخاص. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك رسم النتيجة بالتزامن مع نتائج كل من النظريات الموجودة.

المرجع: EB van der Wee، وSV Loginov، وMNF Hensgens، وDB Boltje، وJP Hoogenboom، 19 أبريل 2024، “القياس المعتمد على العمق للمسافات المحورية في المجهر الضوئي” بصري.
دوى: 10.1364/OPTICA.520595