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科学家利用VR显微技术 开展细胞结构探索

2019年06月17日 09:39:56202170网络

通过将纳米级成像技术与虚拟现实技术结合起来,来自卡内基梅隆大学和弗吉尼亚梅森贝纳罗亚研究所的联合研究小组正在开发允许研究人员“走进”生物数据的新方式。

科学家整合了Expansion Microscopy(膨胀显微)和VR技术,并以传统光学显微技术所无法实现的尺寸来放大,探索和分析细胞结构。

科学家利用VR显微技术 开展细胞结构探索 AR资讯 第1张

值得一提的是,这个项目申请了比尔盖茨名下的比尔及梅琳达·盖茨基金会所设立的Grand Challenges计划,并获得了20万美元的资助。科学家团队希望这可以进一步提高研究人员对传染病和自身免疫疾病的认识,并且增强开发疾病诊断,预防和治疗的能力。

卡内基梅隆大学自然科学学院的生物科学助理教授Yongxin Zhao一直在开发Expansion Microscopy(膨胀显微),从而帮助研究人员通过标准的显微镜感知生物样本。

Yongxin Zhao首先将活检样品转化为水溶性水凝胶,从而增大活检样品的体积。然后,他利用了一种用于松解组织的的手段来令样品膨胀超过100倍。这时你可以对样品内的组织和分子进行标记,成像,并且编译成一组复杂的数据,然后用于研究细胞及其结构之间的相互作用。

但这项技术的局限性是,它所提取的数据量比当前技术能够解读的数量居多出两到三个量级。为了帮助解决这个问题,团队利用了弗吉尼亚梅森贝纳罗亚研究所开发的虚拟现实技术。

借助专门开发的虚拟现实技术,研究人员能够在3D中感知和操作原为2D的膨胀显微图像,并且能够360度地浏览组织和蛋白质结构,以及它们之间的相互作用。

弗吉尼亚梅森贝纳罗亚研究所的博士后研究员Caroline Stefani说道:“我们准备了传染病和自身免疫性疾病样本,然后将其发给卡内基梅隆大学。后者将会放大样品,并把图像发回来,然后我们可以在VR中进行浏览。

Yongxin Zhao说道:“这将成为科学家处理复杂数据的未来。这是一种身临其境的体验,仿佛你就在数据里面。你可以从任意角度和任意位置探索你的数据。”

科学家利用VR显微技术 开展细胞结构探索 AR资讯 第2张

这项虚拟现实技术是由弗吉尼亚梅森贝纳罗亚研究所前研究技术主管Tom Skillman开发,后者在离开研究所后成立了VR公司Immersive Science。

Skillman解释说:“我的任务是开发一种可以帮助研究疾病的科学家能够通过一种名为‘沉浸式科学’的计算技术来理解大量数据的软件工具。将所有数据整合到VR中不仅可以允许科学家在完整的3D中浏览他们的2D显微图像,而且能够支持他们与数据交互,选择通道,调整视图,颜色和对比度,以及抓取和旋转图像,从而迅速定位与疾病相关的关键方面。”

最终目标是通过一个开放平台将名为ExMicroVR的工具向其他研究人员分享,帮助他们浏览疾病过程的新细节,并且探索更大,更复杂的数据集。

将膨胀显微数据转换成VR3D图像的系统成本适中,即便是发展中国家的研究人员和物理学家都可以轻松访问。另外,体验允许多大六名研究人员同时进行远程协作和浏览样品。

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