HD -mikroskopi i millisekunder

De kan synliggøre små cellestrukturer:banebrydende lysmikroskoper tilbyder opløsninger på et par tiendedele af et nanometer-med andre ord, en milliontedel af en millimeter. Indtil nu, superopløsningsmikroskoper var meget langsommere end konventionelle metoder, fordi flere eller finere billeddata skulle registreres. Sammen med partnere fra Jena, forskere fra "Bielefeld" University har nu udviklet den superopløselige SR-SIM-proces yderligere. Akademikerne viser, at SR-SIM også er muligt i realtid og med en meget høj billeddannelseshastighed-og dermed velegnet til at observere bevægelser af meget små cellepartikler, for eksempel. Deres resultater er blevet offentliggjort i dag (20. september) i tidsskriftet Naturkommunikation .

"Det er det, der gør denne type mikroskopi virkelig nyttig til applikationer inden for biologi eller medicin. Problemet er indtil videre, at mikroskoper, der tilbyder en tilstrækkelig høj opløsning, ikke kan vise oplysninger med den tilsvarende hastighed, "siger professor dr. Thomas Huser, der leder arbejdsgruppen for biomolekylær fysik ved Bielefeld University. SR-SIM-projektet er finansieret af German Research Foundation (DFG) og EU via Marie Skłodowska-Curie Actions.

SR-SIM står for "superopløselig struktureret belysningsmikroskopi" og er en fluorescensmikroskopiprocedure. Objekter bestråles med laserlys. Dette lys ophidser specielle fluorescerende molekyler i prøven, så de genudsender lys ved en anden bølgelængde. Det mikroskopiske billede viser derefter det genudsendte lys. "I modsætning til andre konventionelle fluorescensmikroskopimetoder, SR-SIM belyser ikke prøverne ensartet, men med en bøde, gitterlignende mønster. Denne særlige teknologi muliggør meget højere opløsning, «siger Huser.

Proceduren består af to trin:Lyset, der genudsendes af prøven, registreres først i flere individuelle billeder. Det færdige billede rekonstrueres derefter på en computer ud fra disse rådata. "Det andet trin, i særdeleshed, har kostet meget tid indtil nu, "siger Andreas Markwirth, også medlem af Bielefeld Universitets arbejdsgruppe for biomolekylær fysik og hovedforfatter af undersøgelsen. Bielefeld -forskerne arbejdede derfor sammen med professor Dr. Rainer Heintzmann fra Leibniz Institute for Photonic Technologies og Friedrich Schiller University i Jena for at fremskynde processen. Mikroskopet er nu designet til at generere rådata hurtigere. Ud over, billedrekonstruktion tager betydeligt kortere tid takket være brugen af ​​parallel computerbehandling på moderne grafikkort.

Til deres undersøgelse, forskerne testede den nye metode på biologiske celler og registrerede bevægelser af mitokondrier, celleorganeller omkring en mikrometer i størrelse. "Vi har været i stand til at producere omkring 60 billeder i sekundet - en højere billedhastighed end biograffilm. Tiden mellem måling og billede er mindre end 250 millisekunder, så teknologien tillader optagelse i realtid, "siger Markwirth.

Indtil nu, superopløsningsmetoder er ofte blevet kombineret med konventionelle metoder:et konventionelt hurtigt mikroskop bruges til først at finde strukturer. Disse strukturer kan derefter undersøges detaljeret ved hjælp af et superopløselig mikroskop. "Imidlertid, nogle strukturer er så små, at de ikke kan findes med konventionelle mikroskoper, for eksempel specifikke porer i leverceller. Vores metode er både høj opløsning og hurtig, som gør det muligt for biologer at udforske sådanne strukturer, "siger Huser. En anden applikation til det nye mikroskop er undersøgelsen af ​​virale partikler på vej gennem cellen." Dette gør det muligt for os at forstå præcis, hvad der sker under infektionsprocesser, "siger Huser. Han forventer, at mikroskopet vil blive brugt til sådanne undersøgelser på Bielefeld University i løbet af det kommende år.

Superopløsningsmikroskoper har kun eksisteret i cirka 20 år. I 1873, Ernst Abbe havde opdaget, at opløsningen af ​​et optisk system til synligt lys er begrænset til omkring 250 nanometer. I de seneste år, imidlertid, flere optiske metoder er blevet udviklet til at bryde det, der er blevet kendt som Abbes diffraktionsbarriere. I 2014, William E. Moerner og Eric Betzig, begge fra USA, samt Stefan Hell fra Tyskland blev tildelt Nobelprisen i kemi for at udvikle en superopløsning i området omkring 20 til 30 nanometer.