शोधकर्ता फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी में अंतिम संकल्प सीमा प्राप्त करते हैं

सूक्ष्मदर्शी देखें मोबाइल में Microscope in any mobile phone. (जुलाई 2019).

Anonim

यह प्रकाश सूक्ष्मदर्शी का पवित्र अंगूर है: इस विधि की हल करने की शक्ति में सुधार करना जिससे कि कोई व्यक्तिगत रूप से उन अणुओं को समझ सके जो एक दूसरे के बहुत करीब हैं। गौटिंगेन में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर बायोफिजिकल कैमिस्ट्री में नोबेल पुरस्कार विजेता स्टीफन नर्क के आसपास के वैज्ञानिकों ने अब लंबे समय तक असंभव समझा था, उन्होंने मिनीफ्लूक्स नामक एक नया प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप विकसित किया है, जिसे पहली बार ऑप्टिकल रूप से अलग करने की इजाजत दी गई है। अणु, जो एक दूसरे से अलग नैनोमीटर (एक मिलीमीटर का दस लाखवां) होते हैं। यह सूक्ष्मदर्शी परंपरागत प्रकाश माइक्रोस्कोपी की तुलना में 100 गुना अधिक तेज है और आज तक सर्वश्रेष्ठ सुपर-रेज़ोल्यूशन लाइट माइक्रोस्कोपी विधियों को पार करती है, अर्थात् नोबल और पाम / एसटीओआरएम द्वारा विकसित नोबल पुरस्कार विजेता एरिक बेत्ज़िग द्वारा 20 गुना तक वर्णित एसटीईडी। MINFLUX के लिए, नर्क ने पूरी तरह से नई अवधारणा में एसटीईडी और पाम / STORM के फायदे का उपयोग किया। इस सफलता से शोधकर्ताओं के आणविक स्तर पर जीवन कैसे कार्य करता है, इसकी जांच करने के लिए नए अवसर सामने आते हैं।

मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर बायोफिजिकल कैमिस्ट्री के निदेशक हेले बताते हैं, "हमने नियमित रूप से मिनफ्लूएक्स के साथ एक नैनोमीटर के संकल्प प्राप्त किए हैं, जो कि व्यक्तिगत अणुओं का व्यास है - फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी में जो संभव है उसकी अंतिम सीमा है।" "मुझे आश्वस्त है कि MINFLUX माइक्रोस्कोप में सेल जीवविज्ञान के सबसे मौलिक उपकरण में से एक बनने की क्षमता है। इस अवधारणा के साथ आणविक विस्तार में कोशिकाओं को मैप करना और वास्तविक समय में अपने इंटीरियर में तेज प्रक्रियाओं का निरीक्षण करना संभव होगा। जीवित कोशिकाओं में होने वाली आणविक प्रक्रियाओं के हमारे ज्ञान को क्रांतिकारी बनाएं। "

गौटिंगेन भौतिक विज्ञानी, जो मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर मेडिकल रिसर्च और हेडलबर्ग में जर्मन कैंसर रिसर्च सेंटर में भी काम करता है, लंबे समय से आश्वस्त है कि फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी रिज़ॉल्यूशन को अलग-अलग अणुओं के आयाम में बढ़ाया जा सकता है - केंद्रित प्रकाश के शास्त्रीय उपयोग के साथ और पारंपरिक लेंस

वास्तव में, भौतिक विज्ञानी अर्न्स्ट अबे ने 1873 में तैयार किया था कि प्रकाश सूक्ष्मदर्शी का संकल्प प्रकाश की तरंग दैर्ध्य तक सीमित है, जो लगभग 200 नैनोमीटर है। 100 से अधिक वर्षों बाद, यह अबबे सीमा अभी भी मान्य है। हालांकि, नरक यह दिखाने वाला पहला व्यक्ति था कि इस सीमा को एसटीईडी माइक्रोस्कोपी से दूर किया जा सकता है, जिसे उन्होंने 1 99 4 में माना और पांच साल बाद प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया।

स्टेड के साथ-साथ पाम / STORM, कुछ साल बाद विकसित हुआ, अभ्यास में लगभग 20 से 30 नैनोमीटर की पृथक्करण तीखेपन प्राप्त होती है - अबे सीमा से लगभग दस गुना बेहतर। इन अल्ट्रा-हाई रेज़ोल्यूशन लाइट माइक्रोस्कोपी तकनीकों के विकास के लिए, विलियम ई। मोर्नर के साथ मिलकर नरक और बेत्ज़िग को रसायन विज्ञान में 2014 नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

एसटीईडी और पाम / STORM संयुक्त के लाभ

एसटीईडी और पाम / एसटीओआरएम अलग पड़ोसी फ्लोरोसिंग अणुओं को एक दूसरे के बाद एक-दूसरे पर स्विच करके अलग करके ताकि वे क्रमशः फ्लोरोसेंस उत्सर्जित कर सकें। हालांकि, विधियों को एक आवश्यक बिंदु में भिन्नता है: स्टेड माइक्रोस्कोपी नमूना में एक निश्चित स्थान पर आणविक फ्लोरोसेंस को बंद करने के लिए एक डोनट के आकार का लेजर बीम का उपयोग करता है, यानी डोनट सेंटर को छोड़कर फोकल क्षेत्र में हर जगह। इसका फायदा यह है कि डोनट बीम वास्तव में परिभाषित करता है कि अंतरिक्ष में किस बिंदु पर इसी चमकदार अणु स्थित है। नुकसान यह है कि अभ्यास में लेजर बीम डोनट सेंटर में एक अणु को उत्सर्जन को सीमित करने के लिए पर्याप्त मजबूत नहीं है। पाम / STORM के मामले में, दूसरी ओर, स्विचिंग चालू और बंद यादृच्छिक स्थानों पर और एकल अणु स्तर पर है। यहां का लाभ यह है कि कोई भी एकल-अणु स्तर पर पहले से ही काम कर रहा है, लेकिन नकारात्मकता यह है कि किसी को अंतरिक्ष में सटीक अणु की स्थिति नहीं पता है। कैमरे पर जितना संभव हो उतना फ्लोरोसेंस फोटॉन इकट्ठा करके पदों को पता लगाना होगा; 10 से कम नैनोमीटर के संकल्प को प्राप्त करने के लिए 50, 000 से अधिक ज्ञात फोटॉनों की आवश्यकता है। अभ्यास में, इसलिए एक नियमित रूप से आण्विक (एक नैनोमीटर) संकल्प प्राप्त नहीं कर सकता है।

नरक को एक नई अवधारणा में दोनों विधियों की ताकत को विशिष्ट रूप से संयोजित करने का विचार था। "यह काम कुछ भी छोटा था लेकिन मेरे सहकर्मी फ्रांसिस्को बलज़ारोटी, यावन ईलर और क्लाउस ग्वाश ने इस विचार को प्रयोगात्मक रूप से मेरे साथ लागू करने में एक शानदार काम किया है।" उनकी नई तकनीक, जिसे MINFLUX (न्यूनतम उत्सर्जन FLUXes) कहा जाता है, अब नरक द्वारा तीन जूनियर वैज्ञानिकों के साथ विज्ञान में पहले लेखकों के रूप में पेश किया जाता है।

MINFLUX, पाम / STORM की तरह, व्यक्तिगत अणुओं को यादृच्छिक रूप से चालू और बंद करता है। हालांकि, एक ही समय में, उनकी सटीक स्थिति एक डोनट के आकार के लेजर बीम के साथ निर्धारित की जाती है जैसे कि एसटीईडी में। एसटीईडी के विपरीत, डोनट बीम फ्लोरोसेंस को उत्तेजित करता है। अगर अणु अंगूठी पर है, तो यह चमक जाएगा; यदि यह बिल्कुल अंधेरे केंद्र में है, तो यह चमक नहीं पाएगा, लेकिन किसी को इसकी सटीक स्थिति मिली है। बलज़ारोटी ने एक चतुर एल्गोरिदम विकसित किया ताकि यह स्थिति बहुत तेज और उच्च परिशुद्धता के साथ स्थित हो सके। युवा वैज्ञानिक बताते हैं, "इस एल्गोरिदम के साथ डोनट उत्तेजना बीम की क्षमता का फायदा उठाना संभव था।" आणविक हल छवियों को प्राप्त करने वाले ग्वाश ने कहा, "यह एक अविश्वसनीय भावना थी क्योंकि हम पहली बार, कुछ नैनोमीटर के पैमाने पर MINFLUX के साथ विवरणों को अलग करने में सक्षम थे।"

100 गुना बेहतर संकल्प

आण्विक संकल्प के अलावा, एसटीईडी और पाम / एसटीओआरएम का संयोजन एक अतिरिक्त प्रमुख लाभ प्रदान करता है: "MINFLUX तुलना में बहुत तेज़ है। चूंकि यह डोनट लेजर बीम के साथ काम करता है, इसलिए इसमें बहुत कम प्रकाश संकेत, यानी कम फ्लोरोसेंस फोटॉन, अंतिम संकल्प प्राप्त करने के लिए पाम / STORM की तुलना में प्रति अणु, "नरक राज्य। पहले से ही STED के साथ जीवित कोशिकाओं के अंदर से वास्तविक समय के वीडियो रिकॉर्ड कर सकते हैं। लेकिन अब एक सेल में 100 गुना बेहतर अस्थायी संकल्प के साथ अणुओं के आंदोलन का पता लगाना संभव था, क्योंकि ईलर जोर देता है। वह अभूतपूर्व स्पैतिओ-अस्थायी संकल्प के साथ पहली बार MINFLUX के साथ एक जीवित ई कोलाई बैक्टीरिया में अणुओं के आंदोलन को फिल्माने में कामयाब रहे। ईलर कहते हैं, "जहां तक ​​गति का सवाल है, हमने MINFLUX के साथ सबसे अधिक संभावनाएं नहीं बनाई हैं।" शोधकर्ताओं को आश्वस्त किया जाता है कि जीवित कोशिकाओं में भी तेजी से होने वाले परिवर्तनों की भविष्य में जांच की जा सकती है, उदाहरण के लिए सेलुलर नैनोमाचिन या प्रोटीन की तहखाने का आंदोलन।

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