Language
Country/Area
No result found
Từ Nano đến Macro: Kính hiển vi mở rộng vượt qua những hạn chế của kính hiển vi quang học như thế nào?
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, công nghệ kính hiển vi cũng đã đạt được một cột mốc mới. Kính hiển vi mở rộng (ExM), như một công cụ chuẩn bị mẫu cải tiến, đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nghiên cứu sinh học. Kỹ thuật này không chỉ làm tăng kích thước của mẫu mà còn làm cho các cấu trúc nhỏ có thể nhìn thấy được mà kính hiển vi ánh sáng thông thường không thể xác định rõ ràng.
Nguyên lý kính hiển vi mở rộng
Ý tưởng cốt lõi của kính hiển vi mở rộng là sử dụng hệ thống polymer để mở rộng mẫu. Điều này có nghĩa là mạng polymer trước tiên được đưa vào mẫu tế bào hoặc mô, sau đó mạng polymer được mở rộng về mặt vật lý thông qua phản ứng hóa học để tăng kích thước của cấu trúc sinh học. Nghiên cứu cho thấy công nghệ ngày nay có thể mở rộng mẫu vật lên gấp 16 lần kích thước ban đầu của chúng, một bước đột phá giúp đạt được độ phân giải không thể đạt được trước đây.
Ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là không yêu cầu thiết bị kính hiển vi chuyên dụng giá cao và chi phí cho các vật liệu cần thiết tương đối thấp.
Bối cảnh lịch sử của kính hiển vi mở rộng
Kính hiển vi mở rộng lần đầu tiên được đề xuất vào năm 2015 bởi các nhà nghiên cứu Fei Chen, Paul W. Tillberg và Edward Boyden của MIT. Kể từ đó, nhiều ứng dụng đã xuất hiện, chủ yếu tập trung vào việc phân tích các mẫu sinh học.
Năm 2016, các nhà nghiên cứu đã xuất bản các bài báo mô tả các giải pháp khắc phục những hạn chế của đầu dò được dán nhãn truyền thống đối với ExM, giúp có thể sử dụng công nghệ này với các đầu dò vi mô thông thường. Đến năm 2021, công nghệ giải trình tự tại chỗ (ExSeq) chính xác về mặt không gian dựa trên công nghệ kính hiển vi mở rộng cũng sẽ ra mắt.
Lĩnh vực ứng dụng và tiềm năng y tế
Các ứng dụng của kính hiển vi mở rộng không chỉ giới hạn ở nghiên cứu sinh học cơ bản. Về mặt chẩn đoán bệnh, kính hiển vi mở rộng cung cấp các công cụ hình ảnh có thể được sử dụng cho các mẫu lâm sàng, có thể hiển thị rõ ràng các phân tử sinh học và cấu trúc nhỏ trong tế bào. Điều này cho phép bác sĩ trong một số trường hợp đánh giá chính xác hơn các tình trạng bệnh lý như bệnh ống thận, khối u vú giai đoạn đầu và phân biệt giữa mô bình thường và mô ung thư.
Trong tương lai, với sự phát triển hơn nữa của công nghệ, kính hiển vi mở rộng có thể cung cấp những quan sát hình thái ở cấp độ nano của nhiều mẫu nội tạng người.
Ứng dụng của khoa học thần kinh
Trong khoa học thần kinh, kính hiển vi mở rộng cũng đã dẫn đến nhiều khám phá mới. Các nhà nghiên cứu có thể phóng to các mạch não, giúp lập bản đồ các kết nối thần kinh dễ dàng hơn. Các phân tử sinh học ngoại bào, chẳng hạn như protein và axit nucleic, được neo chắc chắn vào polyme, cho phép chúng được chụp ảnh rõ ràng bằng kính hiển vi thông thường sau khi mở rộng.
Ưu điểm và hạn chế của kính hiển vi mở rộng
So với các công nghệ kính hiển vi khác, kính hiển vi mở rộng có những ưu điểm thực tế và đáng kể về mặt chi phí. Bởi vì nó không đòi hỏi đầu tư trang thiết bị cao và chỉ cần một chiếc kính hiển vi quang học tiêu chuẩn là có thể đạt được hình ảnh có độ phân giải cao. Tuy nhiên, quá trình chuẩn bị cho ExM không hề dễ dàng và phải đảm bảo tính toàn vẹn của từng bước, nếu không độ rõ nét của hình ảnh cuối cùng có thể bị ảnh hưởng.
Nếu xảy ra lỗi ở một số bước nhất định, các ô có thể bị phân giải hoặc giãn nở không đều, ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh.
Tóm lại, kính hiển vi mở rộng không chỉ có thể cải thiện đáng kể độ phân giải của hình ảnh mà còn có nhiều tiềm năng ứng dụng, từ nghiên cứu cơ bản đến chẩn đoán lâm sàng, với tác động sâu rộng. Tuy nhiên, trong khi liên tục mở rộng các ứng dụng của nó, chúng ta cũng nên nghĩ đến: công nghệ kính hiển vi mở rộng sẽ thay đổi hiểu biết và ứng dụng của chúng ta về sinh học và y học như thế nào khi nó trở nên hoàn thiện hơn?
