Language
Country/Area
No result found
سحر الفحص المجهري فائق الدقة: كيف نكسر حدود الضوء؟
في المجتمع العلمي، يعد تحسين تكنولوجيا المجهر بلا شك أداة مهمة للكشف عن العالم المجهري، ومن بينها تكنولوجيا الفحص المجهري فائق الدقة ملفتة للنظر بشكل خاص. هذه السلسلة من التقنيات لا تخترق حدود الحيود للمجهر الضوئي فحسب، بل تُظهر أيضًا إمكانات كبيرة في الأبحاث الطبية الحيوية وتطبيقات البيولوجيا الجزيئية، مما يوفر لنا فهمًا أكثر شمولاً للبنية الداخلية ووظيفة الخلايا.
تعتمد تقنية التصوير فائقة الدقة على اختيار إعدادات المجال القريب (مثل الفحص المجهري لنفق الفوتون والمجهر الضوئي لمسح المجال القريب) أو إعدادات المجال البعيد.
يمكن تقسيم المجاهر فائقة التحليل بشكل أساسي إلى فئتين: تقنية التحليل الفائق الحتمية وتقنية التحليل الفائق العشوائية. يستخدم الأول الاستجابة غير الخطية لللومينوفور (جزيئات الفلورسنت) المستخدمة عادة في المجاهر البيولوجية لتعزيز الدقة، وتشمل التقنيات النموذجية استنفاد التلألؤ المحفز (STED)، واستنفاد الحالة الأرضية (GSD)، وما إلى ذلك. يستخدم الأخير السلوك الزمني لمصادر الضوء الجزيئية لتمكين جزيئات الفلورسنت المماثلة من إصدار الضوء بشكل منفصل لتشكيل صور قابلة للتحلل، وتشمل هذه التقنيات تصوير تقلب الضوء فائق الدقة (SOFI) والمجهر التعريبي للجزيء الواحد (SMLM)، على سبيل المثال والعاصفة، الخ.
في 8 أكتوبر 2014، فاز إريك بيتيغ ووالتر مولنار وستيفان هير بجائزة نوبل في الكيمياء عن "تطوير المجهر الفلوري فائق الدقة"، والذي كان بمثابة بداية دخول المجهر الضوئي إلى عالم الأبعاد النانومترية.
منذ السبعينيات، بدأت النظريات حول كسر حد آبي في الظهور. اقترحت ورقة بحثية عام 1978 مفهوم استخدام مجهر 4Pi، وهو مجهر مسح ضوئي ليزري يحقق دقة عالية من خلال تركيز مصادر الضوء على كلا الجانبين. ومع ذلك، فشل البحث في ذلك الوقت في إيلاء الاهتمام الكافي لتحسين الدقة المحورية. في عام 1986، تم تسجيل براءة اختراع لتكنولوجيا المجهر الضوئي فائقة الدقة القائمة على الانبعاث المحفز لأول مرة.
تطبيق تكنولوجيا التحليل الفائق
لا توفر هذه التقنيات فائقة الدقة آفاقًا جديدة للفحص المجهري فحسب، بل تعمل أيضًا على تسريع مراقبة الجزيئات الحيوية. من بينها، يحصل المجهر البصري لرسم الخرائط العشوائية القريبة (NORM) على معلومات بصرية قريبة من المجال من خلال مراقبة الحركة البراونية للجسيمات النانوية المعلقة، ولا تتطلب عملية التصوير معدات خاصة لتحديد المواقع، مما يؤدي بلا شك إلى تحسين كفاءة الحصول على الصور.
يحقق الفحص المجهري للإضاءة الهيكلية (SIM) دقة مكانية معززة من خلال جمع المعلومات المكانية الترددية خارج المنطقة المرئية، والتي لها إمكانات كبيرة لبعض التشخيصات الطبية.
وعكس هذه التطورات التكنولوجية، أثبت المجهر الضوئي المنظم (SIM) إمكانية استبدال المجهر الإلكتروني في بعض التشخيصات الطبية. على سبيل المثال، أصبح تطبيق SIM أكثر شيوعًا في دراسة أمراض الكلى وأمراض الدم في التشخيص الطبي. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الإضاءة المعدلة مكانيًا (SMI) على تحسين دقة قياسات المسافة، مما يتيح قياسات الحجم الجزيئي على مقاييس تصل إلى عشرات النانومترات.
تطبيقات تكنولوجيا الاستشعار الحيوي بدقة فائقة
في بيولوجيا الخلية، تعد تقنية الاستشعار الحيوي وسيلة مهمة لفهم أنشطة المكونات الخلوية. تتكون هذه المستشعرات عادةً من جزأين: الاستشعار والإبلاغ، وذلك باستخدام تقنية فحص الفلورسنت لتحليل الأنشطة البيولوجية كميًا. أدى ظهور أجهزة الكشف الفلورية الجديدة إلى زيادة كبيرة في إمكانية مراقبة العمليات الديناميكية داخل الخلايا.
لا تلتقط تقنية الفحص المجهري للانتقالات الفلورية الضوئية القابلة للانعكاس (RESOLFT) مزيدًا من التفاصيل في الصور فحسب، بل تعمل أيضًا على توسيع مفهوم الدقة الفائقة، مما يجعلها أكثر أهمية في أبحاث الطب الحيوي.
مع التطور المستمر للتكنولوجيا، تحسنت الأساليب الحتمية مثل STED وGSD تدريجيًا وقدمت حلولاً جديدة، ومع ذلك، لا يزال التطبيق العملي لهذه التقنيات يواجه تحديًا بسبب تعقيد المعدات وخطر تلف العينة. ولذلك، على الرغم من أن تكنولوجيا الفحص المجهري فائقة الدقة تتمتع بقدرات تحليلية غير عادية، إلا أن العلماء ما زالوا بحاجة إلى مواصلة استكشاف تطبيقاتها المثلى في مختلف المجالات.
يسمح لنا تكامل هذه التقنيات وتطبيقها بفهم آلية الخلية وبنيتها ووظيفتها بشكل أكثر حدسية، ويلهم في النهاية المزيد من الأبحاث الطبية الحيوية، وكيف يمكن للاكتشافات العلمية المستقبلية أن توسع فهمنا للحياة؟
