Lasers in microscopic imaging 

  b-biotech-blog

1. مقدمة :

تعرفنا في  مقالات  سابقة على  تعاريف البيو تكنولوجيا الرسمية والدولية وكذا تاريخها ومستقبلها     . كما تعرفنا على علم  ليزر البيوضوئيات و تاريخ الليزر  وخصائصه  وعلى مبادئى عمله و أسس تصنيفه  وخطورته  وعلى أنظمة استلامه وتوصيله وتطبيقاته الطبية  واستخداماته في التصوير والتشخيص الطبي و العياني  وفي الجراحة وفي  التحفيزه الحيوي وعلى إستخداماته  في الجراحة المجهرية  والطباعة الحيوية وفي طب الكسور والمفاصل و طب العيون  و النساء والجلد والاسنان وعلى تأثيره الحراري الضوئي والميكانيكي  والكيميائي الضوئي.  وفي هذه المقالة سنتعرف  على   الليزر في التصوير المجهري .

2 -  أشهر تقنيات الليزر في التصوير المجهري

يمكن أن يشير التصوير المجهري بالليزر إلى العديد من تقنيات التصوير التي تستخدم ضوء الليزر للحصول على صور مفصلة بمقاييس مجهرية. بعض هذه التقنيات تشمل:

1. **المجهر متحد البؤر**: 

في هذه الطريقة، يتم استخدام الليزر لإضاءة العينة، ثم يقوم الكاشف بتسجيل الضوء المنبعث فقط من الجزء البؤري للعينة. وهذا يسمح بالحصول على صور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة للهياكل والمواد البيولوجية.

2. **المجهر متعدد الفوتون**: 

تستفيد هذه التقنية من الامتصاص المتزامن لفوتونين أو أكثر لإثارة الفلوروفورات في العينة. وهذا يقلل من الضرر الذي يلحق بالعينة ويسمح باختراق الضوء إلى الأنسجة البيولوجية العميقة، مما يؤدي إلى الحصول على صور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة.

3. **المجهر فائق الدقة**: 

تستخدم التقنيات فائقة الدقة، مثل PALM (المجهر المجهري لتحديد الجزيء المنشط بالفوتون) وSTORM (المجهر العشوائي لإعادة بناء الصورة البصرية)، أشعة الليزر لتنشيط الفلوروفورات الفردية في العينة. ومن خلال تسجيل المواقع الدقيقة لهذه الفلوروفورات، يمكن إعادة بناء الصور بدقة أعلى بكثير من دقة الحيود القياسية للمجهر الضوئي.

4. **المجهر الفلوري الماسح بالليزر (LSM)**:

 تجمع هذه التقنية بين الفحص المجهري متحد البؤر وأشعة الليزر لإثارة الفلوروفورات في العينة. يتم استخدام الليزر لإضاءة أجزاء رقيقة من العينة، ثم يقوم الكاشف بتسجيل الضوء المنبعث من القسم البؤري فقط، مما يسمح بالحصول على صور مفصلة ثلاثية الأبعاد.

3 -  الليزر في التصوير المجهري

الليزر المستخدم عادة في الفحص المجهري الضوئي عبارة عن مصادر ضوء أحادية اللون عالية الكثافة، والتي تكون مفيدة كأدوات لمجموعة متنوعة من التقنيات بما في ذلك الملاءمة البصرية، ودراسات التصوير مدى الحياة، واستعادة التبييض الضوئي، وفلورة الانعكاس الداخلي الكلي. بالإضافة إلى ذلك، يعد الليزر أيضًا مصدر الضوء الأكثر شيوعًا للمسح المجهري الفلوري متحد البؤر، وقد تم استخدامه، على الرغم من أنه أقل تكرارًا، في تحقيقات الفلورة التقليدية واسعة النطاق.

شكل 1: المجاهر الليزرية المتفلورة والمجاهر الليزرية متحدة البؤرة الماسحة والماسحة العاكسة والتي أحدثت ثورة في علوم الخلية والأنسجة والمناعة  والوراثة الخلوية  والوراثة الخلوية المناعية وعلم الأورام

الفحص المجهري بالليزر هو فئة من التقنيات لتوليد صور مجهرية. في معظم الحالات، يتم استخدام المسح بالليزر لبعض العينات باستخدام شعاع ليزر محدود الحيود. يمكن إجراء المسح عن طريق تحريك شعاع الليزر أو العينة. قد يتم إنشاء معلومات حمل الضوء على العينة بطرق مختلفة، على سبيل المثال عن طريق التشتت، من خلال تغييرات الاستقطاب، عن طريق الجيل التوافقي الثاني أو عن طريق مضان مثير (← الفحص المجهري الفلوري). يتم تسجيل شدة الضوء القادم من الجسم لكل نقطة في العينة. ومن هذه البيانات يمكن إنتاج الصور على جهاز الكمبيوتر، وبالطبع يمكن تخزينها في شكل إلكتروني. يمكن تطبيق الطرق العددية لمعالجة الصور، على سبيل المثال. لتعزيز التباين.

 مجهر متحد البؤر

 تعتمد تقنية التصوير المستخدمة بشكل متكرر على هندسة متحد البؤر (← مجاهر المسح متحد البؤر)، حيث يتم تصوير الضوء من التركيز في العينة (على سبيل المثال مع هدف المجهر) على ثقب صغير، يتم من خلفه اكتشاف الطاقة الضوئية. تمنع هذه الهندسة تأثير الضوء القادم من مناطق أخرى في العينة، على سبيل المثال. من قبل أو بعد التركيز لأن هذا الضوء لا يمكنه المرور بكفاءة عبر الثقب. في الواقع، تم تحسين دقة العمق بشكل أساسي. تم التأكيد على مبدأ البؤر في مصطلح المجهر المسح بالليزر متحد البؤر، وتمت مناقشته بمزيد من التفصيل في المقالة حول مجاهر المسح متحد البؤر.

بدلاً من التألق، يمكن استغلال التأثيرات الصوتية لأشعة الليزر النبضية؛ وتسمى الطريقة الناتجة الفحص المجهري الصوتي أو الضوئي الصوتي

شكل2 :صورة  اللاوحق الرجلية لحيوان متناظر الأرجل مفحوصة بالمجهر الليزري الماسح

شكل 3:صورة   للتفاصيل الرائعة لراحة قدم ذكر الخنفساء العائمة ملتقطة  بالمجهر الليزري الماسح

شكل4:كشف السرطانات في الخلية المفردة باستخدام المجهر الليزري متحد البؤرة الماسح والمطيافية الليزرية النانوية وذلك بتحليل الأطياف الطاقوية المنبعثة من المتوكوندريات  المصابة 

خلاصة

تعتبر هذه التقنيات، من بين أمور أخرى، أساسية في البحث العلمي والطبي لدراسة الهياكل والمواد والعمليات البيولوجية على المستويات المجهرية. هل هناك تقنية محددة تود معرفة المزيد عنها؟

 للمزيد من المعلومات الإطلاع على كتاب 

Laser Biophotonics: Principles and Applications in Medicine and

Life Sciences

للمؤلف د. بن عمر شبة