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Advancing optical nanoscopy by combining event-based sensors with modulation-enhanced single-molecule localization microscopy

Projektbeschreibung

Fortschritte bei superauflösender Mikroskopie

Zu beobachten, wie biologische Prozesse auf molekularer Ebene ablaufen, ist von zentraler Bedeutung, um das Leben verstehen zu können. Bei der Forschung werden dank superauflösender Mikroskopie molekulare Strukturen in Nanometergenauigkeit sichtbar. Mit den gegenwärtig verwendeten Verfahren gelingt es jedoch nicht, Bildgebungsgeschwindigkeit und räumliche Genauigkeit zu kombinieren. Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen zielt die Arbeit des Projekts ES-FLUX darauf ab, diese Einschränkung mit der Einführung innovativer Sensoren zu beseitigen, die Lichtveränderungen mit hoher Präzision aufzeichnen können. Mit diesem Ansatz werden sowohl umfangreiche räumliche als auch zeitliche Informationen erfasst, wodurch die Auflösung verbessert wird, ohne den Durchsatz zu beeinträchtigen. Das Projektteam wird sowohl die rechnerische Analyse als auch die Instrumentierung weiterentwickeln und hofft, die Leistungsfähigkeit der hochauflösenden biologischen Mikroskopie erweitern zu können.

Ziel

Non-invasive, high-resolution imaging of biological systems often requires optical microscopy. Since overcoming the diffraction barrier, optical nanoscopy, or super-resolution microscopy, with up to ~1-10 nm resolution can be used for imaging immobilized or live biological samples. The final frontier of optical nanoscopy is high-throughput, true molecular imaging (~1 nm precision) in dynamic, high-mobility systems. Currently, the most promising nanoscopy methods employ modulation-enhanced localization microscopy. However, these are compromised either in throughput or in spatiotemporal precision. This trade-off is due to a sensor choice focused on rich temporal (realizing high localization precision) or rich spatial (realizing high throughput) information. A novel sensor architecture, event-based sensors, merges these choices by measuring changes in photon flux on a megapixel-sized chip with asynchronously recorded microsecond-precise timestamped events. With ES-FLUX, I will combine patterned sinusoidal illumination patterns with event-based single-molecule localization microscopy. This will break the stalemate between high throughput and high precision in modulation-enhanced localization microscopy. The spatiotemporal single-molecule event patterns will be analysed separately in the temporal and in the spatial domains, and as such ES-FLUX will improve the resolution compared to traditional single-molecule localization microscopy. It paves the way for molecular precision whilst allowing the high experimental throughput associated with full-frame camera acquisition. Further improvements in the computational analysis and optomechanical setup expands ES-FLUX towards single-particle tracking and spectral multiplexing. In conclusion, ES-FLUX merges modulation-enhanced single-molecule localization microscopy with event-based sensor acquisition and as such expands the boundaries of optical nanoscopy.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Koordinator

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Netto-EU-Beitrag
€ 232 916,16
Gesamtkosten
Keine Daten