Флуоресцента мікроскопія високої роздільної здатності. Новина Безкоштовної технічної бібліотеки

НОВИНИ НАУКИ ТА ТЕХНІКИ, НОВИНКИ ЕЛЕКТРОНІКИ
Безкоштовна технічна бібліотека / Стрічка новин

Флуоресцента мікроскопія високої роздільної здатності

17.10.2014

Щоб розглянути клітину та її вміст, ми маємо взяти мікроскоп. Його принцип роботи відносно простий: промені світла проходять через об'єкт, а потім потрапляють у збільшувальні лінзи, тому ми можемо розглянути і клітину, і деякі органели всередині неї, наприклад, ядро або мітохондрії.

Але якщо ми захочемо побачити молекулу білка чи ДНК, чи розглянути великий надмолекулярний комплекс на кшталт рибосоми, чи вірусну частинку, то звичайний світловий мікроскоп виявиться марним. Ще 1873 року німецький фізик Ернст Аббе вивів формулу, що вважає межа можливостям будь-якого світлового мікроскопа: виявляється, у нього не можна побачити об'єкт, розміром менше половини довжини хвилі видимого світла - тобто менше 0,2 мікрометрів.

Рішення, очевидно, полягає в тому, щоб вибрати щось, що могло б замінити видиме світло. Можна використовувати пучок електронів, і тоді ми отримаємо електронний мікроскоп - у нього можна спостерігати віруси і білкові молекули, але об'єкти, що спостерігаються, при електронній мікроскопії потрапляють у зовсім неприродні умови. Тому виключно вдалою виявилася ідея Штефана Хелля (Stefan W. Hell) з Інституту біофізичної хімії Товариства Макса Планка (Німеччина), якому на початку 90-х голів спала на думку використовувати для візуалізації макромолекул та їх комплексів стимульоване флуоресцентне випромінювання.

Суть ідеї полягала в тому, що об'єкт можна опромінити лазерним променем, який переведе біологічні молекули у збуджений стан. З цього стану вони почнуть переходити у звичайне, звільняючись від надлишків енергії у вигляді світлового випромінювання – тобто почнеться флуоресценція, і молекули стануть видимими. Але хвилі, що випромінюються, будуть різної довжини, і в нас перед очима буде невизначена пляма. Щоб такого не трапилося, разом з збуджуючим лазером об'єкт обробляється променем, що гасить, який пригнічує всі хвилі, крім тих, які мають нанометрову довжину. Випромінювання з довжиною хвилі порядку нанометрів дозволяє відрізнити одну молекулу від іншої.

Метод отримав назву STED (stimulated emission depletion), і за нього Штефан Хелль отримав свою частину Нобелівської премії. При STED-мікроскопії об'єкт не охоплюється лазерним збудженням відразу повністю, а як би промальовується двома тонкими пучками променів (збудником і гасителем), тому що чим менше область, яка флуоресціює в даний момент часу, тим вища роздільна здатність зображення.

Метод STED згодом доповнився так званою одномолекулярною мікроскопією, розробленою наприкінці XX століття незалежно двома іншими нинішніми лауреатами, Еріком Бетцигом (Eric Betzig) з Інституту Говарда Хьюза та Вільямом Мернером (William E. Moerner) зі Стенфорда. У більшості фізико-хімічних методів, що покладаються на флуоресценцію, ми спостерігаємо сумарне випромінювання одразу безлічі молекул. Вільям Мернер запропонував спосіб, за допомогою якого можна спостерігати за випромінюванням однієї молекули. Експериментуючи з зеленим флуоресцентним білком (GFP), він помітив, що його молекул світіння можна довільно включати і вимикати, маніпулюючи довжиною хвилі. Включно і вимикаючи флуоресценцію різних молекул GFP, їх можна було спостерігати у світловий мікроскоп, не звертаючи уваги на нанометрове обмеження Аббе. Ціле зображення можна було отримати, просто поєднавши кілька знімків з різними молекулами, що світяться в полі спостереження. Ці дані були доповнені ідеями Еріка Бетцига, який запропонував збільшити роздільну здатність флуоресцентної мікроскопії, використавши білки з різними оптичними властивостями (тобто, грубо кажучи, різнокольорові).

Поєднання методу збудження-гасіння Хелля з методом суми накладень Бетцига та Мернера дозволило розробити мікроскопію з нанометровим дозволом. З її допомогою ми можемо спостерігати як органели та його фрагменти, а й взаємодії молекул друг з одним (якщо молекули позначити флуоресцентними білками), що, повторимо, які завжди можливо з електронно-микроскопическими методами. Значення методу важко переоцінити, адже міжмолекулярні контакти - це те, на чому стоїть молекулярна біологія і без чого неможливо, наприклад, ні створення нових ліків, ні розшифрування генетичних механізмів, ні багато інших речей, що лежать у полі сучасної науки та техніки.

<< Назад: Мініатюрна плата Tah для керування електронними пристроями через Bluetooth 18.10.2014

>> Вперед: Бездротовий датчик CoinGuard для охоронної сигналізації 17.10.2014

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі 01.05.2024

Все частіше ми чуємо про збільшення кількості космічного сміття, що оточує нашу планету. Однак не тільки активні супутники та космічні апарати сприяють цій проблемі, а й уламки старих місій. Зростання кількості супутників, які запускає компанії, як SpaceX, створює не тільки можливості для розвитку інтернету, але й серйозні загрози для космічної безпеки. Експерти тепер звертають увагу на потенційні наслідки для магнітного поля Землі. Доктор Джонатан Макдауелл з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики підкреслює, що компанії стрімко розвертають супутникові констеляції, і кількість супутників може зрости до 100 000 наступного десятиліття. Швидкий розвиток цих космічних армад супутників може призвести до забруднення плазмового середовища Землі небезпечними уламками та загрози стійкості магнітосфери. Металеві уламки від використаних ракет можуть порушити іоносферу та магнітосферу. Обидві ці системи відіграють ключову роль у захисті атмосфери і підтримують ...>>

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Випадкова новина з Архіву

Fujifilm та Panasonic розробили органічний датчик зображення 22.06.2013

Компанії Fujifilm та Panasonic повідомили про спільну розробку в області датчиків зображення. Створена ними технологія органічних датчиків типу CMOS побудована використання органічного шару, у якому відбувається фотоелектричне перетворення. За словами розробників, світлоприймальна частина датчика демонструє продуктивність, яка перевершує продуктивність "звичайних датчиків зображення".

Використання нової технології в датчиках для цифрових камер та інших подібних пристроїв дозволить розширити їх динамічний діапазон та підвищити світлочутливість, що, у свою чергу, дасть можливість запобігти втраті світлих елементів кадру та забезпечуватиме отримання насичених кольорів та виражених текстур під час зйомки темних об'єктів. Динамічний діапазон датчика партнери оцінюють у 88 дБ, яке світлочутливість, як стверджується, в 1,2 разу перевищує світлочутливість звичайних датчиків.

Вклад Fujifilm у розробку – технологія органічного фотоелектричного шару. Вклад Panasonic – технологія напівпровідникового виробництва.

Партнери розраховують використовувати розробку у своїх продуктах, включаючи камери охоронних систем, бортові камери транспортних засобів, мобільні пристрої та цифрові камери.

Дивіться повний Архів новин науки та техніки, новинок електроніки

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт