uSEE -gennembrud låser op for nanoskalaverdenen på standardbiologisk laboratorieudstyr

Evnen til at observere, hvordan livet fungerer på et nanoskala -niveau, er en stor udfordring i vores tid.

Standard optiske mikroskoper kan billedceller og bakterier, men ikke deres nanoskala funktioner, der er sløret af en fysisk effekt kaldet diffraktion.

Optiske mikroskoper har udviklet sig i løbet af de sidste to årtier for at overvinde denne diffraktionsgrænse; imidlertid, disse såkaldte superopløsningsteknikker kræver typisk dyre og udførlige instrumenterings- eller billeddannelsesprocedurer.

Nu, Australske forskere fra ARC Center of Excellence for Nanoscale BioPhotonics (CNBP) rapporterer i Naturkommunikation en enkel måde at omgå diffraktionsbegrænsninger ved hjælp af standard optiske billedværktøjer.

Hovedforfattere Dr. Denitza Denkova, og Dr. Martin Ploschner fra CNBP -knuden ved Macquarie University siger:"At arbejde tæt sammen med biologer har inspireret os til at lede efter en løsning, der kan omdanne superopløsning fra en kompleks og dyr billeddannelsesmetode til en daglig bio-billeddannelsesteknik."

Dr. Ploschner forklarer, hvordan teknikken fungerer:"Vi har identificeret en bestemt type fluorescerende markører, såkaldte op-konvertering nanopartikler, der kan indgå i et regime, hvor lys, der udsendes fra partiklerne, vokser pludseligt-på en superlinjær måde-når intensiteten af ​​excitationslys øges. Vores vigtigste opdagelse er, at hvis denne effekt udnyttes under de rigtige billeddannelsesbetingelser, ethvert standard scannende optisk mikroskop kan spontant billede med superopløsning. "

"Selvom vi har valgt at demonstrere denne opkonvertering superlinjære excitationsemission (uSEE) på en af ​​de mest almindeligt anvendte typer optiske mikroskoper-et konfokalt mikroskop-kan praktisk talt enhver form for scanningsmikroskop eller mikroskop, der involverer variationer i belysningsintensiteten, gavne fra denne spontane forbedring af opløsningen. "

Dr. Denitza Denkova siger, at uSEE -tilgangen forbedrer opløsningen ud over diffraktionsgrænsen blot ved at reducere belysningsintensiteten.

"Vores tilgang fungerer i den modsatte retning af alle andre eksisterende superopløsningsmetoder; jo lavere lasereffekt, jo bedre opløsning og jo lavere risiko for fotoskader på bioprøverne, " hun siger.

"Bedst af alt, superopløsning kan opnås uden opsætningsændringer og billedbehandling. Dermed, denne metode har potentiale til at komme ind i ethvert biologisk laboratorium, praktisk talt uden ekstra omkostninger. "

"Værdien af ​​vores arbejde er at realisere teknikken, for første gang, i en 3D-biologisk indstilling, ved hjælp af biologisk bekvemme partikler. Vi foreslår en ændring af sammensætningen af ​​nanopartiklerne og billeddannelsesbetingelserne, som udløser den spontane superopløsning til at forekomme under en praktisk relevant mikroskopikonfiguration. Vi udvikler også en teoretisk ramme, der gør det muligt for slutbrugere at justere partikelsammensætningen og billeddannelsesbetingelserne og opnå superopløsning i deres eget laboratorium. "

"Vores arbejde gør det muligt for mikroskopere at se på en ny måde med deres eksisterende værktøjer."

CNBP -nodeleder ved Macquarie University, Professor James Piper AM, som også er forfatter på papiret, siger, at konceptet har eksisteret i et stykke tid, men dens praktiske erkendelse var undvigende på grund af behovet for at kombinere de forskellige forskningsområder inden for biologi, materialevidenskab, optisk teknik og fysik.

"CNBP tilbød en ideel mødeplatform for forskere med forskellig ekspertise til at gå sammen og tage ideen fra tegnebrættet til et praktisk billedværktøj, "Siger professor Piper.