Biofotonika klasyczna i kwantowa. Cz. 5: Techniki laboratoryjne, obrazowanie wysokorozdzielcze

• Autorzy: Romaniuk Ryszard S.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2023.7.3

Warianty tytułu

EN

Classical and Quantum Biophotonics. Part 5: Laboratory assays, superresolution imaging

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Biofotonika jest dziedziną na pograniczu biologii i fotoniki. Jest obszarem badawczym i aplikacyjnym obejmującym zjawiska i procesy, substancje, obiekty w skali rozmiarowej od nanometrów do makro, jak wirusy, molekuły, organella, komórki, bakterie, membrany, tkanki, małe i większe organizmy, w aspekcie ich właściwości fotonicznych. Biofotonika obejmuje oprzyrządowanie laboratoryjne badawcze i standaryzowane kliniczne i ogólnego zastosowania. Aktywnym kierunkiem rozwoju biofotoniki jest jej gałąź kwantowa, gdzie badane są procesy zachodzące na ogół w nanoskali. Zainteresowanie tymi nanoprocesami, albo zawierającymi zjawisko fotoniczne, albo badane metodami fotonicznymi, bierze się z faktu że stanowią one często fundament procesów zachodzących i odzwierciedlanych potem w makroskali całego obiektu biologicznego. Cykl artykułów na temat biofotoniki jest skrótem wykładu prowadzonego przez autora na WEiTI Politechniki Warszawskiej dla doktorantów. Kolejna część cyklu dotyczy obrazowania wysoko rozdzielczego, poniżej limitu dyfrakcyjnego Abbego. Poprzednie części dotyczyły obszarów badawczych i korelacji biofotoniki z pokrewnymi dyscyplinami, procesów biofotonicznych, foto-biosubstancji, obiektów, spektroskopii, biofotonicznych technik laboratoryjnych.

EN

Biophotonics is a field on the border of biology and photonics. It is a research and application area covering phenomena and processes, substances, objects in the size scale from nanometers to macro, such as viruses, molecules, organelles, cells, bacteria, membranes, tissues, small and larger organisms, in terms of their photonic properties. Biophotonics includes research and standardized clinical and general-purpose laboratory instrumentation. An active direction in the development of biophotonics is its quantum branch, where processes that usually occur at the nanoscale are studied. The interest in these nanoprocesses, either containing a photonic phenomenon or studied with photonic methods, stems from the fact that they often constitute the foundation of processes that occur and are later reflected in the macroscale of the entire biological object. The series of articles on biophotonics is an abbreviation of a lecture given by the author at the Faculty of Economics and Information Technology of the Warsaw University of Technology for PhD students. The next part of the series deals with the issues of super-resolution imaging, breaking the Abbe diffraction limit. The previous parts concerned research areas and correlations of biophotonics with related disciplines, biophotonic processes, photo-biosubstances, objects, spectroscopy, biophotonic laboratory techniques.

Słowa kluczowe

PL

biofizyka; biofotonika; biochemia; nanomedycyna; oświetlenie; biomedyczne obrazowanie super-rozdzielcze; mikroskopia super-rozdzielcza; obrazowanie kwantowe; optyka jednofotonowa

EN

biophysics; biophotonics; biochemistry; nanomedicine; lighting; biomedical superresolution imaging; superresolution microscopy; quantum imaging; single photon optics

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 64, Nr 7
• Strony: 13--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard S.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] B. R. Masters, 2020, Superresolution optical microscopy, Springer, ISBN:303021690X
• [2] M. Kim, April 2023, Microscopy’s cutting edge, Optics and Photonics News, 26-33
• [3] M. Badieirostami, et al., 2010, Three-dimensional localization precision of the double-helix point spread function versus astigmatism and biplane, Applied Physics Letters. 97 (16), doi:10.1063/1.3499652
• [4] G. Tortarolo, et al., 2022, Optical microscopy gets down to angstroms, Nature Biotechnology 41, 473-474
• [5] M. Karamehmedovic, et al, 2022, Steerable photonic jet for super-resolution microscopy, Optics Express 30(23), 41757, doi:10.1364/OE.472992
• [6] A. Harootunian, et al., 1986, Super-resolution fluorescence near-field scanning optical microscopy, APL 49(11), 674-676, doi:10.1063/1.97565
• [7] U. Bohm, et al., 2016, 4Pi-RESOLFT nanoscopy, Nature Communications 7(10504), doi:10.1038/ncomms10504
• [8] A. Tahmasbi, et al., 2014, Designing the focal plane spacing for multifocal plane microscopy, Optics Express. 22 (14): 16706-16721, doi:10.1364/OE.22.016706
• [9] P. A. Dalgarno, et al., 2010, Multiplane imaging and three dimensional nanoscale particle tracking in biological microscopy, Optics Express. 18 (2): 877-884, doi:10.1364/OE.18.00087720173908
• [10] E. N. Ward, R. Pal, 2017, Image scanning microscopy: an overview, Journal of Microscopy, 266(2), doi:10.1111/jmi.12534
• [11] Y. Li, et al., 2017, Image scanning fluorescence emission difference microscopy based on detector array, Journal of Microscopy 266(3), doi:10.1111/jmi.12538
• [12] H. Huang, et al, 2023, SOFFLFM: Super resolution optical fluctuation Fourier light microscopy, Journal of Innovative Optical Health Sciences, 16(3), 2244007, doi:10.1142/S1793545822440072
• [13] A. Środa, et al, 2020, SOFISM: Super-resolution optical fluctuation image scanning microscopy, arXiv:2020.00182
• [14] S. W. Hell, 1994, et al., Breaking the diffraction resolution by stimulated emission: stimulated emission depletion fluorescence microscopy, Optics Letters 19(11) 780-782, doi:10.1364/ol.19.000780
• [15] V. Werstphal, et al., 2007, Dynamic far-field fluorescence nanoscopy, New Journal of Physics, 9(435)
• [16] D. Wildanger, et al., 2008, STED microscopy with a supercontinuum laser source, Opt. Express. 16 (13): 9614-9621, doi:10.1364/oe.16.009614
• [17] P. Lemmer, et al., 2008, SPDM: Light microscopy with single molecule resolution at the nanoscale, APB 93(1-12), doi:10.1007/s00340-008.3152-x
• [18] I. Schoen, et al., 2011, Binding-activated localization microscopy of DNA structures, Nano Letters 11(9) 4008-4011, doi:10.1021/nl2025954
• [19] A. Sharonov, et. al., 2006, Wide-field subdiffraction imaging by accumulated binding odf diffusing probes, Proc. NAS USA 103(50) 18911
• [20] S. T. Hess, et al., 2006, Ultra-high resolution imaging by fluorescence photoactivation localization microscopy, Biophysics Journal 91(11) 4258-72, doi:10.1529/biophysj.106.091116
• [21] M. J. Rust, et al., 2006, Stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) provides sub-diffraction-limit image resolution, Nature Methods 3(10) 793-795, doi:10.1038/nmeth929
• [22] S. Geissbuehler, et al., 2011, Comparison between SOFI and STORM , Biomedical Optics Express 2(3), 408-420, doi:10.1364/BOE.2.000408
• [23] A. Alva, et al., 2022, Fluorescence fluctuation-based super-resolution microscopy: basic concepts for an easy start, Journal of Microscopy, doi:0.1111/jmi.13135
• [24] C. M.Reinhardt, et al., 2023, Angstrom-resolution fluorescence microscopy, Nature 617 (7962) 711-716, doi:10.1038/s41586-023-05925-9
• [25] K. Prakash, 2017, High-density superresolution microscopy with an incoherent light source and a conventional epifluorescence microscope setup, bioRxiv:10.1101/121061
• [26] Y. V. Miklyaev, et al., 2014, Superresolution microscopy infarfield by near-field optical random mapping nanoscopy, Appl. Phys. Lett. 105(11), 113103, doi:10.1063/1.4895922
• [27] H. Sha, et al., 2020, Deep sub-angstrom resolution imaging by electron ptychography with misorientation correction, Science Advances 8(19), doi:10.1126/sciadv.abn2275
• [28] M. Weber, et al., 2022, Nature Biotechnology, MINSTED nanoscopy enters the Angstrom localization range, doi:10.1038/s41587-022-01519-4
• [29] M. Levoy, et al., 2006, Light field microscopy, ACM Trans on graphics 25(3), SIGGRAPH
• [30] R. Prevedel, et al., 2014, Simultaneous whole-animal 3D imaging of neural activity using light-field microscopy, Nature Methods 11(7) 727-730, doi:10.1109/isbi.2009.5193292
• [31] R. Tomer, et al., 2015, SPED light sheet microscopy: Fast mapping of biological system structure and function, Cell 163, 1796-1806
• [32] Y. Rivenson, A. Ozcan, July/August 2018, Toward a thinking microscope, OPN, 36-41

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).