Microscopía de Super-Resolución vía Imágenes de Fluctuación Óptica
Implementa SOFI — técnica computacional de super-resolución que extrae información espacial sub-difracción de fluctuaciones temporales de fluorescencia de quantum dots. Primera implementación SOFI exitosa en Chile. Resuelve características de ~120 nm bajo el límite de difracción de 232 nm.
Contexto de Negocio
La microscopía óptica convencional no puede resolver características menores a aproximadamente 232 nm — el límite de difracción de Abbe. Técnicas de super-resolución como PALM y STORM rompen esta barrera mediante localización de molécula única, pero requieren dispersión extrema de emisores, sondas fotoconmutables especiales y decenas de miles de cuadros — haciéndolas lentas, costosas e incompatibles con muchos especímenes biológicos e imágenes de células vivas.
Valor Estratégico
SOFI ofrece un enfoque fundamentalmente diferente a la super-resolución: en lugar de localizar moléculas individuales, explota las estadísticas temporales de emisores que parpadean independientemente para estrechar la función de dispersión de punto efectiva computacionalmente. Funciona con muestras densamente marcadas, hardware estándar de campo amplio, y requiere significativamente menos cuadros (500-1000 vs 10000-50000 para métodos de localización). Esta implementación — la primera SOFI exitosa en Chile, desarrollada en SCIAN-Lab/BNI en colaboración con la Universidad de Göttingen — calcula cumulantes de órdenes 2 a 6, logrando hasta 2.45x de mejora en resolución. La aplicación web modernizada en Python/FastAPI preserva el pipeline computacional completo (cálculo de cumulantes, interpolación de Fourier, deconvolución Wiener y Richardson-Lucy, linealización por raíz enésima) haciéndolo accesible a través de un navegador.
El Desafío
La microscopía óptica está limitada por difracción: d_min = 0.61λ/NA ≈ 232 nm para excitación a 532 nm con objetivo NA 1.4. PALM/STORM requieren condiciones de dispersión de molécula única. SOFI ofrece una alternativa usando estadísticas temporales de emisores parpadeantes.
Nuestro Enfoque
El cálculo del cumulante de orden n estrecha la PSF efectiva en √n. Cumulantes de órdenes 2-6 con retardos temporales consecutivos para eliminar sesgo de ruido shot. Simulador sintético de quantum dots con estadísticas on/off de ley de potencia. Zero-padding en dominio de Fourier para mejora sub-píxel, deconvolución Wiener y Richardson-Lucy, corrección de linealización por raíz enésima.
Indicadores Clave de Rendimiento
| KPI | Línea Base | Resultado | Impacto |
|---|---|---|---|
| Mejora de Resolución | Límite de difracción 232 nm | ~120 nm (6to orden = 2.45x mejora) | Imágenes sub-difracción |
| Significancia Histórica | Sin implementación SOFI en Chile | Primera SOFI exitosa en Chile | Capacidad nacional establecida |
Arquitectura
sofi qdots
Stack Tecnológico
Capturas de la Aplicación
Diagramas Técnicos
sofi cumulant orders
sofi cumulant vs moment
sofi pipeline
sofi vs palm