Glasglas, der kan revolutionere fluorescensmikroskopi

EPFL -forskere har udviklet en ny type mikroskopglas, der kan øge mængden af ​​lys i fluorescensmikroskopi med en faktor på op til 25. Disse nye dias kan både forstærke og direkte lys, hvilket gør dem ideelle til applikationer lige fra tidlig diagnose til hurtig arkivering af patologiske prøver.

For forskere, glasskiverne, der bruges til at forberede prøver til at se under et mikroskop, er en del af deres arbejde - og de har ikke ændret sig meget i næsten 200 år.

På Institute of Microengineering i Neuchâtel, en del af EPFL's School of Engineering, forskere har udviklet en ny type glasglas, der bryder med traditionen. Deres dias har en belægning, der "strukturerer" lys, giver mulighed for at udsende op til 25 gange mere lys og derved øge følsomheden af ​​de mikroskoper, de bruges med.

Nicolas Descharmes og Raphaël Barbey udviklede deres dias specielt til fluorescensmikroskopi, som er meget udbredt til at diagnosticere kræft og autoimmune sygdomme, identificere allergi eller sekvens -DNA. Deres design har unikke optiske egenskaber, og det gør det muligt at detektere en lille mængde lys. Dette kan især være nyttigt til at stille en tidlig diagnose, hurtigt at identificere bestemte kræftformer og hurtigt arkivere patologiprøver. "I et ideelt tilfælde, vores dias kunne bruges til at detektere tilstedeværelsen af ​​et molekyle, hvor 25 molekyler ville være nødvendige på konventionelle dias ", siger Descharmes.

Forskerne har patenteret deres teknologi, og deres dias - som allerede er blevet brugt af forskere inden for en række områder - vil snart blive testet på flere virksomheder. Parret har modtaget støtten fra EPFL, Gebert Rüf -fonden og Innosuisse, og planlægger at lancere deres eget firma i de kommende måneder. Gennem deres opstart, Descharmes og Barbey vil være i stand til at skalere produktionen og gøre diasene tilgængelige for hospitalslaboratorier og diagnostikudbydere.

Eliminerer to hovedulemper

Fluorescensmikroskopi virker ved at detektere det lys, som forbindelser kaldet fluoroforer udsender, når de ophidses. Mere specifikt, fluoroforer absorberer lys ved en given bølgelængde, kaldes excitationsbølgelængden, og, Som svar, udsender lys ved en længere bølgelængde, kaldes emissionsbølgelængden. Med fluorescensmikroskoper, forskere kan se objekter, der er naturligt fluorescerende, eller som er blevet markeret med en fluorofor, og det ville være umuligt at se med et almindeligt mikroskop.

Men der er to væsentlige ulemper ved at bruge glasglas i fluorescensmikroskopi. Først, fluoroforer udsender normalt en meget lille mængde lys. Og for det andet, det meste af det lys, de udsender, går tabt i diaset, hvilket betyder, at den ikke kan bruges. Som resultat, mange forbindelser er svære eller endog umulige at påvise, medmindre der er en temmelig stor mængde i prøven.

En optisk lagkage

Descharmes og Barbeys dias har en lagdelt struktur, der er i stand til at kontrollere det elektromagnetiske miljø omkring prøverne. Når lyset skinner på fluoroforerne i en prøve, de udsender mere lys, end de ville på et konventionelt dias, og alt det lys er rettet mod mikroskopets detektor. Det resulterer i billeder, der er klarere, eller som kan genereres hurtigere.

"Det, jeg har set indtil nu, er meget lovende, "siger Séverine Lorrain, en senior tekniker ved UNIL's Protein Analysis Facility, der arbejder på at detektere proteiner i prøver. "Jeg var virkelig imponeret over, hvor effektive diasene er til at forstærke fluorescenssignalet. Det betyder, at jeg kunne undgå at gå igennem et separat signalforstærkningstrin - en stor fordel, da dette trin ofte introducerer baggrundsstøj."

Jessica Dessimoz, leder af EPFL Histology Core Facility, finder også de nye dias lovende:"Overfladen af ​​disse dias forbedrer visualiseringen af ​​det fluorescerende signal og reducerer den nødvendige eksponeringstid. Det kan vise sig meget nyttigt til applikationer som cyklisk immunfluorescens."

Muliggør tidlig diagnose

EPFL -forskerne retter sig mod flere applikationer til deres opfindelse, såsom tidlig diagnose af nogle former for kræft eller lettere læsning og arkivering af histopatologiske dias, som er almindeligt anvendt i analyser af biopsier. Ifølge Barbey, "At scanne konventionelle dias i fluorescens tager lang tid, fordi signalerne er svage. Men med vores dias, processen kunne gå meget hurtigere. Den hårde del vil være at overbevise forskere om at opgive nogle af deres gamle dias! "Raphaël Barbey arbejder i øjeblikket på industrialiseringen af ​​produktionen af ​​disse dias med et andet Neuchâtel -flagskib inden for teknologi - CSEM (Swiss Center for Electronics and Microtechnology).

Disse nye dias markerer et skift inden for fluorescensmikroskopi. Næsten alle mikroskopdele er løbende blevet optimeret i de seneste årtier, undtagen dias. Lyskilderne er nu mere kraftfulde, kameraerne er mere følsomme og linserne af bedre kvalitet. "Overraskende, diasene er lidt glemt i denne forbedringsproces, "siger Barbey." Fordelen ved vores tilgang er, at den medfører en mindre ændring for mikroskopbrugere, men kan forbedre deres instrumenters ydeevne væsentligt. "