Wydział Mechatroniki realizuje cykl szkoleń w ramach DEMO-Center

W celu zbadania pod mikroskopem obiektów biologicznych, które w większości są przezroczyste, należy je najpierw wybarwić lub zastosować inne techniki, które umożliwiają ich obserwację. Wyzwaniem jest również dokładne zmierzenie i wyliczenie ich masy.

– Techniki, które stosujemy pozwalają na uzyskanie nie tylko jakościowej informacji, ale również ilościowej, a to wszystko bez stosowania dodatkowych rzeczy, typu barwniki i substancje chemiczne – mówi dr inż. Anna Pakuła, kierownik projektu. – To nas wyróżnia.

Realizowany kurs składa się z czterech demonstratorów technologii (ostatnia z nich została uwzględniona w edycji majowej kursu): cyfrowego mikroskopu holograficznego, fourierowskiego mikroskopu ptychograficznego, optycznego tomografu dyfrakcyjnego oraz układu holografii bezsoczewkowej. Celem kursu jest przybliżenie, jak najszerszemu gronu osób, tych urządzeń. Podczas jednodniowego kursu trenerzy szkolą jego uczestników z zakresu projektowania, budowania, kalibrowania i walidowania każdego z prezentowanych układów. Kurs składa się z części teoretycznej oraz praktycznej.

Przykładowa rekonstrukcja w fourierowskim mikroskopie ptychograficznym (mikroskop z matrycą LED): (a) - obraz pod tradycyjnym mikroskopem światła białego; (b) - rekonstrukcja ptychograficzno fourierowska - dzięki połączeniu informacji z różnych kątów oświetlenia możemy numerycznie zwiększyć rozdzielczość a także kontrast obrazowanych przezroczystych obiektów (w tym wypadku komórek nabłonka policzka).

– Dążymy do tego, aby nasze techniki wspierały, ale także konkurowały z fluorescencyjnymi metodami obrazowania – mówi dr inż. Arkadiusz Kuś. – Proponowane przez nas techniki stale się rozwijają wraz z rozwojem mocy przeliczeniowych, dzięki którym badanie obiektów biologicznych w dużej mierze odbywa się nie w sprzęcie, w mikroskopie, a w komputerze, po stronie obliczeniowej. Pozwala nam to na obserwację wpływu stosowanych leków, czy fototerapii w czasie rzeczywistym – wyjaśnia.

Wykorzystywane przez naukowców z PW techniki pozwalają zarówno na obejrzenie danej komórki i tego co się z nią dzieje, ale również dokładne jej zmierzenie i zweryfikowanie poprawności wykonanych obliczeń dzięki stworzonym fantomom.

Wiele komórek z różnych szalek połączonych w jedną "macierz". Taka macierz komórek wydrukowana z różnymi parametrami (różna wysokość, rozmiary, współczynnik załamania itp.) służy do porównywania jakości rekonstrukcji fazy z różnych mikroskopów. 

– Na Politechnice Warszawskiej korzystamy z drukarki 3D Nanoscribe Photonic Professional GT2, która pozwala wytwarzać obiekty trójwymiarowe w skali bardzo dużej rozdzielczości, która odpowiada skali, w której funkcjonują najmniejsze elementy komórek – mówi mgr inż. Michał Ziemczonok. – Drukarka wykorzystuje polimer, co umożliwia manewrowanie stopniem utwardzania wydruków, a to pozwala na zmianę współczynnika załamania struktury. W efekcie uzyskujemy obiekty, które optycznie i geometrycznie mogą posłużyć jako modele komórek lub innych struktur biologicznych – wyjaśnia.

Specjaliści z PW liczą, że ich techniki w przyszłości wesprą diagnostykę histopatologiczną, która jest bardzo czasochłonna, a liczba dostarczanych do laboratoriów próbek stale się zwiększa.

– Przy zastosowaniu naszych technik, można przeprowadzić wstępną analizę przesiewową komórek, bez ich barwienia. To pozwoliłoby na przyśpieszenie pracy, ponieważ bliższemu badaniu poddawane byłyby te komórki, które cechują się czymś podejrzanym, a nie wszystkie, jak do tej pory – wyjaśnia dr inż. Piotr Zdańkowski.

Plany na przyszłość

Naukowcy już snują plany na przyszłość i chcąc kontynuować projekt w formie Excellence-Center.

– Są to trzydniowe kursy, rozbudowane o kolejne technologie, pozwalające na lepsze zgłębienie technik obrazowania fazowego – mówi prof. dr hab. inż. Małgorzata Kujawińska.

Projekt „qPI3Cells: Ilościowe obrazowanie fazowe na poziomie komórkowym” jest finansowany ze środków Centrum Badawczego POB Technologie fotoniczne programu Inicjatywa Doskonałości - Uczelnia Badawcza, który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Skład zespołu wykonawczego:
dr inż. Anna Pakuła; dr inż. Arkadiusz Kuś; dr inż. Piotr Zdańkowski; dr hab. inż. Maciej Trusiak, mgr inż. Mikołaj Rogalski, mgr inż. Michał Ziemczonok, mgr inż. Piotr Arcab, prof. dr hab. inż. Małgorzata Kujawińska, mgr inż. Michał Ziemczonok.