Forlad dit mikroskop:Forskere deler en guide til ultrapræcis 3D-billeddannelse

UNSW Sydney forskere har delt trin-for-trin instruktioner for at give andre forskere mulighed for at forbedre opløsningen og stabiliteten af ​​enkeltmolekyle mikroskoper.

Forskere vil være i stand til at bygge ultrapræcise mikroskoper til at visualisere og udforske interaktionerne mellem individuelle molekyler i celler, takket være et system stillet til rådighed for det videnskabelige samfund af UNSW medicinske forskere.

Deres system overvinder enkelt og praktisk de udfordringer, der er forbundet med bevægelse under billeddannelse, overskridelse af de nuværende grænser for superopløsningsmikroskoper.

Når prøven eller mikroskopopsætningen bevæger sig under billeddannelse, der indføres fejl, der nedbryder molekylær opløsning - dette kaldes drift.

"Drift er en stor barriere for at opnå opløsning ud over de 20-30 nm sat af Nobelprisvindende super-opløsning fluorescensmikroskopi, " siger Scientia-professor Katharina Gaus fra UNSW Medicine's Single Molecule Science.

"Jo længere tid det tager at afbilde en prøve, jo mere afdrift vil der være. Den største årsag til drift er vibrationer fra folk, der går forbi, eller biler, der kører uden for bygningen, " hun siger.

Prof. Gaus forklarer, at for enkelt-molekyle billeddannelse, forskere mærker typisk molekyler med fluorescerende farvestoffer og får dem til at blinke til og fra ved hjælp af lasere.

"Vi kan ikke forestille os dem alle på samme tid. Så, når prøven driver på mikroskopet, vil positionen af ​​de glødende molekyler i begyndelsen af ​​eksperimentet være forskellig fra positionen i slutningen af ​​eksperimentet, introducerer en artefakt, " hun siger.

Det aktive stabiliseringssystem, som teamet af biofysikere ved UNSW udviklede, tackler dette problem ved at tilføje sensorer til mikroskopet med et feedback-system for at justere den optiske vej, når den registrerer den mindste ændring. Stabiliseringssystemet returnerer automatisk den optiske vej til inden for en nanometer af dens oprindelige position i alle tre dimensioner kontinuerligt, mens prøverne afbildes.

Efter at have skitseret designet af deres autonome feedback-system i en Videnskab fremskridt udgivelse tidligere i år, holdet beskriver nu i Naturprotokoller hvordan man implementerer et stabiliseringssystem for aktivt at korrigere justeringen af ​​superopløsningsmikroskoper og eliminere drift.

"Det er en vejledning til at bruge vores feedback-system på forskellige opsætninger. Vi implementerede det på en række systemer, herunder på kommercielt tilgængelige mikroskoper, " siger Dr. Simao Pereira Coelho, der ledede dette projekt.

Protokollen er designet til at give selv brugere uden specialist optisk uddannelse mulighed for at opgradere eksisterende mikroskoper, inklusive en guide til brug af softwaren og integration af hardwaren i et specialbygget eller standardmikroskop.

"Vi kan nu forestille os, så længe vi vil, at få mere information ud af én prøve – uden at kompromittere kvaliteten af ​​dataene. Dette gør ikke kun eksperimenter mere præcise, men det åbner op for denne nye idé, at du kan køre dette helt selvstændigt, " siger prof. Gaus.

"Den samme tilgang kan også bruges i andre instrumenter, der kræver høj præcision, for eksempel i atomkraftmikroskopi eller DNA-sekventører, eller hvor servicering og omjustering af et instrument manuelt ikke er så ligetil, " hun siger.