Sīkāka informācija šūnas nanoskosmā

Ievērojami uzlabojās fluorescences mikroskopu izšķirtspēja

Filamenti cilvēka nervu šūnā; Kreisajā parastajā konfoka mikroskopā, labajā STED mikroskopā - MPI biofizikālai ķīmijai
lasīt skaļi

Zinātnieki tagad ir atvēruši durvis šūnas nanokosmosiem: viņi pirmo reizi uzlaboja STED (stimulētās emisijas samazināšanas) mikroskopu izšķirtspēju šūnās līdz 15 nanometriem. Zinātnieki tagad no šūnas iekšpuses var parādīt vēl vairāk informācijas nekā iepriekš, jo viņi ir vēl vairāk samazinājuši STED mikroskopa efektīvo fokusu. Tomēr viņi var izmantot tikai intensīvāku gaismu, kas tai nepieciešama, jo tie novērš dienasgaismas krāsvielu balināšanu ar jaunu triku. Viņu metode ir aprakstīta žurnālā Proceedings of the National Academy of Sciences.

Kā vīrusi inficē šūnu, kā nervu šūnas pārraida signālus vai kā darbojas olbaltumvielas - dabas nanokosms paliek paslēpts no cilvēka acs. Lai joprojām novērotu šķietami neredzamo, mums objekti jāpaplašina - piemēram, ar fluorescences mikroskopu. Kopā ar viņu zinātnieki novēro fluorescējošus marķierus, kurus viņi iepriekš bija piestiprinājuši olbaltumvielām un citām biomolekulām. Tomēr ilgu laiku pārāk zema izšķirtspēja neļāva dziļāku ieskatu olbaltumvielu funkcijā - atsevišķi proteīni ar 220 nanometru diametru līdz šim bija par mazu.

Izšķirtspējas robeža tika mainīta tālāk

Zinātnieki no Max Planck biofizikālās ķīmijas institūta Getingenē tagad ir sasnieguši izšķirtspēju līdz 15 nanometriem ar STED (stimulētās emisijas samazināšanas) mikroskopu. Tas viņu fluorescences mikroskopu padara divpadsmit reizes asāku nekā parastais. Jau aprīlī profesora Stefana Hella vadītie pētnieki šūnā bija sasnieguši detaļas asumu līdz 60 nanometriem.

Tikai pirms dažiem gadiem fiziķi joprojām uzskatīja, ka viņi nespēj atšķirt detaļas, kas ir tuvāk par 200 nm viena no otras. Jebkurā gadījumā šo robežu noteica Abbe likums, saskaņā ar kuru gaismas mikroskopa izšķirtspēja nevar būt precīzāka par pusi no krītošās gaismas viļņa garuma.

Elle un viņa kolēģi ir pārvarējuši šo robežu ar viltību. Viņi vispirms uzbudina fluorescējošās krāsvielas, ar kurām viņi ir marķējuši proteīnus, piemēram, ar zilu gaismas staru. Tomēr viņi nevar padarīt šī starojuma vietu asāku par 200 nanometriem - kā noteikts Abbe likumos. Tomēr pat pirms uzbudinātās molekulas spīd gaismas plankumā, tās atgrūž molekulas gaismas plankuma ārējā apgabalā. Šim nolūkam virs ierosmes vietas viņi ievieto otru gredzenveida gaismas staru - STED staru. Tikai daudz mazākā vietā gaismas gredzena centrā molekulas paliek satrauktas un pēc tam var spīdēt. Jo intensīvāks ir STED stars, jo mazāks ir aplis, kurā molekulas var fluorescēt. Un jo labāka izšķirtspēja. displejs

Gaismas impulsi atrisina balināšanas problēmu

Tomēr intensīvākā gaismas starā fluorescējošās krāsas daļiņas arī balinās ātrāk, un jūs redzat - nekas. G ttingen zinātnieki tagad ir noskaidrojuši, ka fluorescences molekulas parasti balina, jo tās atkal un atkal apmēram vienu mikrosekundi citā, tumšā stāvoklī - fiziķi runā par trīskāršu stāvokli - ieteica.

Ja molekulu, kas šobrīd atrodas šajā stāvoklī, ietekmē gaismas daļiņa, tā tiek neatgriezeniski balināta. Pētnieki problēmu atrisināja, apstarojot molekulas ar gaismas impulsiem, kas atstāja četras mikrosekundītes starp katru impulsu. Pietiekams laiks, lai molekulas atgrieztos no tumšā stāvokļa. Pēc tam molekulas ir atkal pieejamas stimulēšanai un de-ierosmei.

"STED tehnoloģija nebūt nav izsmelta, " saka profesors Hels. Iespējams izšķirtspēja par krāsvielas molekulas lielumu - tas atbilstu izmēram no viena līdz diviem nanometriem. Bieži tiek izmantoti fluorescences mikroskopi, īpaši bioloģijā. Viņu priekšrocība: viņi var iztēloties dzīvo šūnu interjeru, tos nesabojājot.

(MPG, 11.08.2006. - NPO)