Mikroskop Inframerah Terbaru Harapan Bagi Penelitian Penyakit Menular

"Kami yakin kami bisa terus meningkatkan teknik ke berbagai arah. Jika kita menggunakan lensa yang lebih baik dan panjang gelombang cahaya tampak yang lebih pendek, resolusi spasialnya bahkan bisa berada di bawah 100 nanometer. Dengan kejelasan yang luar biasa, kami ingin mempelajari berbagai sampel sel untuk mengatasi masalah biomedis mendasar dan terapan," ungkap dia.

Teknik baru dirancang untuk meningkatkan penelitian mengenai perilaku bakteri dan penyakit menular. Universitas Tokyo sendiri sejak lama memiliki sebuah proyek untuk mengembangkan platform mikroskop inframerah-tengah yang menawarkan gambaran yang lebih baik tentang struktur di dalam bakteri hidup.

Alternatif yang Menjanjikan

Dijelaskan dalam Nature Photonics bahwa nanoscope baru ini diharapkan dapat membantu penelitian penyakit menular serta membuka jalur menuju pencitraan inframerah-tengah yang lebih akurat di bidang lain. Untuk itu, sejumlah metode resolusi tinggi atau resolusi super telah diterapkan pada pencitraan bakteri hidup. Tujuannya untuk lebih memahami lingkungan seluler kompleks di dalamnya dan cara perilaku protein individu dalam bakteri.

Contohnya termasuk kombinasi mikroskop fluoresensi resolusi super dan tomografi elektron kriogenik (CET) yang dikembangkan oleh Universitas Stanford pada 2020, yang dimaksudkan untuk menggambarkan biomolekul yang diinginkan dalam lingkungan selulernya dan digambarkan sebagai "lompatan besar bagi biologi" pada saat itu.

Namun, mikroskop fluoresen resolusi super memerlukan penggunaan molekul label tambahan, sehingga menimbulkan potensi masalah toksisitas dan paparan cahaya yang berkepanjangan. Teknik inframerah-tengah merupakan alternatif yang menjanjikan, namun biasanya terbatas pada resolusi pencitraan yang relatif rendah.

Solusi proyek Universitas Tokyo melibatkan peningkatan resolusi platform mid-IR menggunakan bukaan sintetis, sebuah teknik yang menggabungkan beberapa gambar yang diambil dari sudut pencahayaan berbeda untuk menciptakan gambar keseluruhan yang lebih jelas dan melakukannya menggunakan satu lensa daripada mengapit sampel di antara dua lensa.

Arsitektur ini memungkinkan sampel bakteri yang diinginkan ditempatkan pada pelat silikon, yang memantulkan cahaya tampak dan mentransmisikan cahaya inframerah hanya dengan satu lensa dalam sistem.

"Pendekatan lensa tunggal yang dikombinasikan dengan pencitraan fase kuantitatif merupakan implementasi optimal pencitraan fototermal IR pertengahan bidang lebar untuk mencapai resolusi spasial yang tinggi," ungkap proyek tersebut dalam makalah yang diterbitkannya.

Dalam uji coba yang menggunakan bakteri E coli dan Rhodococcus jostii RHA1, platform ini memang mampu meningkatkan resolusi struktur internal bakteri secara signifikan.

Perkembangan masa depan dari pendekatan yang sama seperti penggunaan panjang gelombang tampak yang lebih pendek dan/atau bukaan numerik obyektif yang lebih tinggi, dapat memungkinkan perangkat mencapai resolusi spasial di bawah 100 nanometer, yang akan membuka jalan bagi nanoskopik bidang lebar IR menengah sebagai alat yang lebih umum dalam pencitraan biologis.

Resolusi dalam rentang tersebut akan membantu para peneliti untuk memahami resistensi antimikroba dalam mengatasi tantangan kesehatan global yang besar. hay/I-1