Language
Country/Area
No result found
Магия микроскопии сверхвысокого разрешения: как преодолеть ограничения света?
В научном сообществе развитие технологий микроскопии, несомненно, является важным инструментом для раскрытия тайн микроскопического мира, среди которых особенно привлекательна технология микроскопии сверхвысокого разрешения. Эта серия технологий не только преодолевает дифракционный предел оптических микроскопов, но и демонстрирует огромный потенциал в приложениях в биомедицинских исследованиях и молекулярной биологии, предоставляя нам более полное понимание внутренней структуры и функций клеток.
Методы получения изображений со сверхвысоким разрешением основаны на выборе настроек ближнего поля (например, фотонная туннельная микроскопия и сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля) или дальнего поля.
Микроскопию сверхвысокого разрешения можно разделить на две основные категории: детерминированная технология сверхвысокого разрешения и стохастическая технология сверхвысокого разрешения. Первый использует нелинейный отклик люминофоров (флуоресцентных молекул), обычно используемых в биологических микроскопах для повышения разрешения. Типичные методы включают в себя истощение стимулированной люминесценции (STED) и истощение основного состояния (GSD). Последний использует временное поведение молекулярных источников света, чтобы позволить похожим флуоресцентным молекулам излучать свет по отдельности, формируя разрешимые изображения. Такие методы включают сверхразрешающую оптическую волновую визуализацию (SOFI) и микроскопию локализации одиночных молекул (SMLM). Например, PALM и ШТОРМ.
8 октября 2014 года Эрику Бюттигу, Вальтеру Молнару и Стефану Хеллу была присуждена Нобелевская премия по химии за «разработку флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения», что стало первым крупным прорывом в области оптической микроскопии. Вступление в наномасштабная сфера.
Теории преодоления предела Аббе появляются с 1970-х годов. В исследовательской работе 1978 года была предложена концепция использования микроскопии 4Pi — лазерного сканирующего флуоресцентного микроскопа, который достигает высокого разрешения за счет фокусировки источников света с обеих сторон. Однако в то время в исследованиях не уделялось достаточного внимания улучшению аксиального разрешения. В 1986 году была впервые запатентована оптическая микроскопия сверхвысокого разрешения на основе стимулированного излучения.
Применение технологии сверхвысокого разрешения
Эти методы сверхвысокого разрешения не только открывают новые перспективы для микроскопии, но и ускоряют наблюдение за биомолекулами. Среди них микроскоп ближнего поля оптического случайного картирования (NORM) получает оптическую информацию ближнего поля, наблюдая за броуновским движением наночастиц в суспензии. Его процесс визуализации не требует специального позиционирующего оборудования, что, несомненно, повышает эффективность получения изображения.
Микроскопия со структурированным освещением (SIM) обеспечивает улучшенное пространственное разрешение за счет сбора частотно-пространственной информации за пределами видимой области и имеет большой потенциал для некоторых медицинских диагностик.
Отражая эти технологические достижения, структурированная иллюминационная микроскопия (СИМ) продемонстрировала потенциальную возможность заменить электронную микроскопию для некоторых видов медицинской диагностики. Например, СИМ все чаще используется при изучении заболеваний почек и крови в медицинской диагностике. Кроме того, пространственно-модулированное освещение (SMI) дополнительно повышает точность измерения расстояний, позволяя проводить измерения размеров молекул в масштабе десятков нанометров.
Применение биосенсорной технологии в суперанализе
В клеточной биологии технология биосенсоров является важным средством понимания активности клеточных компонентов. Эти датчики обычно состоят из двух частей: воспринимающей и сообщающей, использующей технологию обнаружения флуоресценции для количественной оценки биологической активности. Появление новых флуоресцентных зондов значительно расширило возможности наблюдения за динамическими процессами внутри клеток.
Микроскопия с обратимыми насыщаемыми оптическими флуоресцентными переходами (RESOLFT) не только позволяет улавливать больше деталей на изображениях, но и расширяет концепцию сверхвысокого разрешения, делая ее все более важной в биомедицинских исследованиях.
С непрерывным развитием технологий детерминированные методы, такие как STED и GSD, постепенно совершенствовались, предоставляя новые решения. Однако практичность этих технологий по-прежнему оспаривается сложностью оборудования и риском повреждения образца. Таким образом, хотя технология микроскопии сверхвысокого разрешения обладает исключительными возможностями разрешения, ученым все еще необходимо продолжать изучать ее оптимальное применение в различных областях.
Интеграция и применение этих технологий позволяют нам более интуитивно понимать клеточные механизмы, структуру и функции, и в конечном итоге вдохновляют дальнейшие биомедицинские исследования. Как будущие научные открытия расширят наше понимание жизни? Шерстяная ткань?
