Fluorescensmikroskopi ved højeste rumlige og tidsmæssige opløsning

LMU-forskere forenkler MINFLUX-mikroskopet og er lykkedes med at differentiere molekyler, der er ekstremt tæt på hinanden, og spore deres dynamik.

For kun få år siden, en tilsyneladende fundamental opløsningsgrænse i optisk mikroskopi blev afløst - et gennembrud, der i 2014 førte til Nobelprisen i kemi for superopløsningsmikroskopi. Siden da, der har været endnu et kvantespring på dette område, hvilket yderligere har reduceret opløsningsgrænsen til det molekylære niveau (1 nm).

Forskere ved LMU München og University of Buenos Aires er nu lykkedes med at skelne mellem molekyler, der er ekstremt tæt på hinanden, og endda spore deres dynamik uafhængigt af hinanden.

Dette blev opnået med den nye p-MINFLUX-metode ved at forfine og forenkle det nyligt udviklede MINFLUX-mikroskop, der kræves til 1 nm opløsning. Yderligere funktioner gør det også muligt at skelne mellem de observerede typer molekyler. p-MINFLUX-metoden stiller spørgsmålstegn ved placeringen af ​​hvert fluorescensmærket molekyle ved at placere et laserfokus tæt på molekylet. Fluorescensintensiteten tjener som et mål for afstanden mellem molekylet og midten af ​​laserfokus. Den nøjagtige position af molekylet kan derefter opnås via triangulering ved systematisk at ændre laserfokusets centrum i forhold til molekylet.

Grupperne ledet af professor Philip Tinnefeld (LMU) og professor Fernando Stefani (Buenos Aires) interkalerede laserimpulserne i tide, så de kunne skifte mellem brændpunkterne med størst mulig hastighed. Ud over, ved at bruge hurtig elektronik, en tidsmæssig opløsning i intervallet af picosekunder blev opnået, hvilket svarer til elektroniske overgange inden i molekylerne. Med andre ord, mikroskopets grænser bestemmes udelukkende af de anvendte farvestoffers fluorescensegenskaber.

I denne publikation, det lykkedes forskerne at vise, at den nye p-MINFLUX-metode muliggør den lokale fordeling af fluorescenslevetiden - den vigtigste målte variabel til at karakterisere miljøet af farvestoffer - med en opløsning på 1 nm. Philip Tinnefeld forklarer:"Med p-MINFLUX vil det være muligt at afdække strukturer og dynamik på molekylært niveau, som er grundlæggende for vores forståelse af energioverførselsprocesser op til biomolekylære reaktioner."

Dette projekt blev finansieret af den tyske forskningsfond (Cluster of Excellence e-conversion, SFB1032), Rådet for Videnskabelig og Teknologisk Forskning (CONICET) og Det Nationale Agentur for Forskningsfremme, Teknologisk udvikling og innovation (ANPCYT) i Argentina. Prof. Stefani er Georg Forster-prisvinderen af ​​Alexander von Humboldt Fonden og, i denne rolle, en fast gæsteforsker i fysisk kemi ved LMU München.