Language
Country/Area
No result found
Sự kỳ diệu của kính hiển vi siêu phân giải: Làm thế nào để phá vỡ giới hạn của ánh sáng?
Trong cộng đồng khoa học, sự tiến bộ của công nghệ kính hiển vi chắc chắn là một công cụ quan trọng để khám phá những bí ẩn của thế giới vi mô, trong đó công nghệ kính hiển vi siêu phân giải đặc biệt thu hút sự chú ý. Chuỗi công nghệ này không chỉ phá vỡ giới hạn nhiễu xạ của kính hiển vi quang học mà còn chứng minh tiềm năng to lớn trong ứng dụng nghiên cứu y sinh và sinh học phân tử, giúp chúng ta hiểu biết toàn diện hơn về cấu trúc và chức năng bên trong của tế bào.
Các kỹ thuật chụp ảnh siêu phân giải dựa trên sự lựa chọn giữa cài đặt trường gần (như kính hiển vi đường hầm photon và kính hiển vi quang học quét trường gần) hoặc trường xa.
Kính hiển vi siêu phân giải có thể được chia thành hai loại chính: công nghệ siêu phân giải xác định và công nghệ siêu phân giải ngẫu nhiên. Phương pháp trước đây sử dụng phản ứng phi tuyến tính của các chất phát quang (phân tử huỳnh quang) thường được sử dụng trong kính hiển vi sinh học để tăng cường độ phân giải. Các kỹ thuật điển hình bao gồm suy giảm phát quang kích thích (STED) và suy giảm trạng thái cơ bản (GSD). Phương pháp sau sử dụng hành vi thời gian của các nguồn sáng phân tử để cho phép các phân tử huỳnh quang tương tự phát ra ánh sáng riêng biệt, tạo thành hình ảnh có thể phân giải. Các kỹ thuật như vậy bao gồm hình ảnh sóng quang siêu phân giải (SOFI) và kính hiển vi định vị phân tử đơn (SMLM). Ví dụ, PALM và STORM.
Vào ngày 8 tháng 10 năm 2014, Eric Büttig, Walter Molnar và Stefan Hell đã được trao giải Nobel Hóa học cho "sự phát triển của kính hiển vi huỳnh quang siêu phân giải", đánh dấu bước đột phá lớn đầu tiên trong lĩnh vực kính hiển vi quang học. Bước vào phạm vi nano.
Các lý thuyết phá vỡ giới hạn Abbe đã xuất hiện từ những năm 1970. Một bài báo nghiên cứu năm 1978 đã đề xuất khái niệm sử dụng kính hiển vi 4Pi, một kính hiển vi huỳnh quang quét laser đạt được độ phân giải cao bằng cách hội tụ nguồn sáng từ cả hai phía. Tuy nhiên, nghiên cứu vào thời điểm đó không chú ý đủ đến việc cải thiện độ phân giải trục. Năm 1986, kính hiển vi quang học siêu phân giải dựa trên phát xạ kích thích lần đầu tiên được cấp bằng sáng chế.
Ứng dụng công nghệ siêu phân giải
Những kỹ thuật siêu phân giải này không chỉ mang lại góc nhìn mới cho kính hiển vi mà còn tăng tốc quá trình quan sát các phân tử sinh học. Trong số đó, kính hiển vi quang học ngẫu nhiên trường gần (NORM) thu được thông tin trường gần quang học bằng cách quan sát chuyển động Brown của các hạt nano trong hệ thống treo. Quá trình chụp ảnh của nó không yêu cầu thiết bị định vị đặc biệt, điều này chắc chắn cải thiện hiệu quả thu thập hình ảnh.
Kính hiển vi chiếu sáng có cấu trúc (SIM) đạt được độ phân giải không gian nâng cao bằng cách thu thập thông tin tần số không gian bên ngoài vùng khả kiến và có tiềm năng lớn trong một số chẩn đoán y tế.
Phản ánh những tiến bộ công nghệ này, kính hiển vi chiếu sáng có cấu trúc (SIM) đã cho thấy tiềm năng thay thế kính hiển vi điện tử trong một số chẩn đoán y tế. Ví dụ, SIM ngày càng được sử dụng nhiều trong nghiên cứu bệnh thận và máu trong chẩn đoán y khoa. Ngoài ra, công nghệ chiếu sáng điều biến không gian (SMI) còn cải thiện độ chính xác của phép đo khoảng cách, cho phép đo kích thước phân tử ở thang độ hàng chục nanomet.
Ứng dụng công nghệ cảm biến sinh học trong siêu phân tích
Trong sinh học tế bào, công nghệ cảm biến sinh học là phương tiện quan trọng để hiểu các hoạt động của các thành phần tế bào. Các cảm biến này thường bao gồm hai phần: cảm biến và báo cáo, sử dụng công nghệ phát hiện huỳnh quang để định lượng các hoạt động sinh học. Sự xuất hiện của các đầu dò huỳnh quang mới đã mở rộng đáng kể khả năng quan sát các quá trình động bên trong tế bào.
Kính hiển vi chuyển tiếp huỳnh quang quang học bão hòa thuận nghịch (RESOLFT) không chỉ cho phép chụp được nhiều chi tiết hơn trong hình ảnh mà còn mở rộng khái niệm siêu phân giải, khiến nó ngày càng trở nên quan trọng trong nghiên cứu y sinh.
Với sự phát triển liên tục của công nghệ, các phương pháp xác định như STED và GSD đã dần được cải thiện, cung cấp các giải pháp mới. Tuy nhiên, tính thực tiễn của các công nghệ này vẫn bị thách thức bởi sự phức tạp của thiết bị và nguy cơ hư hỏng mẫu. Do đó, mặc dù công nghệ kính hiển vi siêu phân giải có khả năng phân giải cực cao, các nhà khoa học vẫn cần tiếp tục khám phá ứng dụng tối ưu của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Việc tích hợp và ứng dụng các công nghệ này cho phép chúng ta hiểu trực quan hơn về cơ cấu, cấu trúc và chức năng của tế bào, và cuối cùng là truyền cảm hứng cho các nghiên cứu y sinh học tiếp theo. Những khám phá khoa học trong tương lai sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về sự sống như thế nào? Vải len?
