Unikt mikroskop til at filme molekyler i bevægelse

Et unikt elektronmikroskop, klar til at bryde ny vej inden for biologisk billeddannelse, installeres i dag på Rosalind Franklin Institute i Storbritannien. Maskinen er i stand til at afbilde biologiske prøver med op til en million billeder i sekundet, tusinde gange hurtigere end den nuværende standard.

Det er det første af tre instrumenter, der udvikles sammen med producenten af ​​elektronmikroskoper, JEOL Ltd, og er blevet sendt til Storbritannien fra virksomhedens hovedkvarter i Japan.

'Ruska' vil arbejde med biologiske prøver både kryogenisk frosset og i væsker, som vil muliggøre billeddannelse af molekyler i bevægelse. Ved at kombinere høje hastigheder med flydende celler, Ruska-mikroskopet vil være i stand til at 'filme' proteiner, når de folder, eller afbilde lægemidler, der interagerer med andre molekyler. For kryogenisk frosne prøver, de rammer, der fanges, når strålen passerer gennem prøven, vil muliggøre oprettelsen af ​​3-D-modeller af biologiske strukturer, såsom vira eller proteiner.

The Correlated Imaging Team på The Franklin har taget en tilgang, der er meget udbredt inden for fysiske videnskaber og tilpasset den til brug i biologisk billeddannelse. Teknikken giver billeder med højere kontrast end traditionel transmissionselektronmikroskopi (TEM) billeddannelse, men bruges mere almindeligt med materialer som halvledere eller katalysatorer.

Underdirektør for korreleret billeddannelse, Dr. Judy Kim sagde, "Vi har allerede vist i indledende eksperimenter, at vi kan bruge denne teknik til at se på biologisk materiale. Men den maskine, vi brugte, var ikke optimeret til den slags prøver. Med de nye maskiner, vi vil være i stand til at forfine teknikken yderligere. Vi vil også være i stand til at løbe meget hurtigt, at optage data med tæt på en million billeder i sekundet, hvilket vil reducere den synlige strålingsskade på prøven."

Maskinerne er blandt det første udstyr, der skal installeres i Franklins nye bygning på Harwell Campus nær Oxford, som åbner fuldt ud senere på året.

Der er oprettet et specialistområde til elektronmikroskoperne, som minimerer vibrationer, magnetiske felter og akustisk støj og er desuden meget omhyggeligt temperaturstyret.

Korreleret billedbehandlingsdirektør, Professor Angus Kirkland forklarede, "Vi ser på funktioner, der er mindre end bølgelængden af ​​normalt synligt lys, så selv små vibrationer eller temperaturændringer kan få ting til at bevæge sig. Maskinerne skal være i et stramt kontrolleret miljø, så når vi betjener dem, hvilket vi gør på afstand, der er ingen risiko for miljøforstyrrelser. "

Det vil tage flere måneders arbejde at fuldt ud idriftsætte og kalibrere instrumenterne, når de er installeret i deres nye hjem. Et team på fire vil arbejde på fuld tid med mikroskoperne, herunder forskere fra både naturvidenskabelig og biologisk videnskabsbaggrund. Ud over, forskere baseret på Franklins forskellige partnerinstitutioner vil fortsætte med at arbejde med specifikke aspekter af den nye teknologi og processer, såsom flydende celler.

For professor Kirkland og Dr. Kim, ankomsten af ​​maskinerne bringer både en følelse af lettelse og forventning.

Dr. Kim sagde, "Indtil nu, vi har planlagt så meget, så at få det hele samlet og se maskinerne ankomme er virkelig vidunderligt. Vi ved, at disse instrumenter vil fungere, så vi skal bare finde ud af til hvilket niveau. Hvor hurtigt vil vi være i stand til at gå, eller til hvilken opløsning? Det er virkelig meget spændende."

Professor Kirkland var enig. "De sidste fem år har handlet meget om at designe instrumenterne og bygge platformene. Men de næste fem år handler om at bruge dem til at lave noget virkelig spændende videnskab. Vi kan ikke vente med at komme i gang."