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

Description du projet

Les progrès de la microscopie à super-résolution

Pouvoir observer comment les processus biologiques se déroulent au niveau moléculaire est essentiel pour comprendre la vie. La microscopie à super résolution permet aux chercheurs de visualiser les structures moléculaires avec une précision de l’ordre du nanomètre. Cependant, les méthodes actuelles ne parviennent pas à combiner vitesse d’imagerie et précision spatiale. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet ES-FLUX vise à remédier à cette limitation en introduisant des capteurs innovants capables d’enregistrer les changements de lumière avec une grande précision. Cette approche permet de capturer simultanément des informations spatiales et temporelles riches, améliorant ainsi la résolution sans sacrifier le débit. Le projet fera progresser à la fois l’analyse informatique et l’instrumentation, dans l’espoir d’accroître la puissance de la microscopie biologique à haute résolution.

Objectif

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.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

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

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Contribution nette de l'UE
€ 232 916,16
Coût total
Aucune donnée