Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Микроскоп "Бетцига": новые подробности

Ключевые слова:  Видеотехнологии, Микроскопия, Нобелевская премия по химии 2014, Технология "Светового листа"

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

08 ноября 2014

В биологических исследованиях прямое наблюдение за микроорганизмами и живыми структурами через микроскоп зачастую сопряжено с повреждением хрупких тканей и даже ДНК изучаемых существ. Это происходит из-за того, что свет, используемый в современных микроскопах, слишком агрессивен для предмета биологических изысканий, и до сих пор попытки уменьшить потенциальный вред без потери качества микрофотографий не приводили к громкому успеху.

Теперь же команда исследователей из США, Европы и Японии разработала новую методику микроскопии, позволяющую наблюдать за микроорганизмами в режиме реального времени, снимать их на видео и не наносить им вреда. Всё благодаря технологии так называемого "светового листа": излучение проходит через образец, освещая только отображаемую его часть. Это сводит к минимуму повреждение тканей, вызванное излишней освещённостью, и позволяет делать динамические снимки.

Авторами новой методики стала команда во главе с Эриком Бетцигом (Eric Betzig) из Медицинского института Говарда Хьюза, который стал Нобелевским лауреатом по химии 2014 года. Завершив свою работу над микроскопией сверхвысокого разрешения, которая принесла ему Нобелевскую премию, Бетциг решил поработать над видеотехнологиями.

"Изучая статичные изображения биологических структур, можно узнать массу всего нового о живой природе. Но понять её процессы и проследить за ними в динамике позволит только видеозапись", — поясняет Бетциг.

Биологам известно, что изучение живых клеток в режиме реального времени чревато смертью этих самых клеток или необратимыми повреждениями их структуры, поскольку необходимый уровень освещения оказывается слишком мощным для хрупких тканей. Традиционные методы визуализации, такие как конфокальная микроскопия, основываются на отправке конического пучка света на образец, который можно сфокусировать на микроскопической точке исследуемой цели. В ходе наблюдения фокус скользит по плоскости изображения, свет отражается от образца и вновь собирается прибором. Чаще всего повреждения клеток связаны именно с действием концентрированного света на кончике конуса.

Микроскопия "светового листа", доработанная под началом Бетцига, обходит эту проблему путём освещения образца тонким равномерным пластом света, поставленным перпендикулярно направлению визуализации. При прохождении через исследуемый образец световой лист создаёт трёхмерное изображение.

Основа этой технологии была создана раньше, когда Эрнст Штельцер (Ernst Stelzer) и его коллеги из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге впервые использовали световой лист для наблюдения за эмбрионами мух. К сожалению, учёным не удалось создать "лист" тоньше, чем 5 микрометров, в то время как глубина фокуса микроскопа с высокой разрешающей способностью составляла около 1 микрометра. Это означает, что большая часть света, проходившего через образец, размывала изображение вместо того, чтобы увеличивать его чёткость и резкость.

Бетциг и его коллеги доработали методику и решили проблему, которую не удавалось решить Штельцеру. Новая технология подразумевает освещение образца плоскими волнами света из нескольких источников в разных направлениях. Интерференция этих волн образует тонкую оптическую решётку стоячих волн, похожую на ту, что используется для заключения в ловушку ультрахолодных атомов. А чтобы получить изображения в самом высоком разрешении, исследователи взяли несколько изображений в каждой плоскости, постепенно смещая решётку через плоскости, после чего объединили все снимки в электронном виде.

Учёные сообщают в пресс-релизе, что они также разработали методику для получения изображений гораздо быстрее обычного и с меньшим количеством света, проходящим через образец. Для этого необходимо передвигать решётку вперёд и назад очень быстро, в результате чего освещение распределится равномерно по плоскости световым листом толщиной всего в один микрометр.

Испытания методики показали, что микроскопия "светового листа", дополненная модификациями Бетцига и его коллег, позволяет создавать видео о скоростью 1000 кадров в секунду. Так получаются записи мельчайших биологических процессов, которые можно изучать во всех подробностях, прокручивая видео с любой скоростью без потери данных. О впечатляющих результатах своей работы учёные рассказали в статьежурнала Science.

Биологи уже успели оценить разработку команды Бетцига. В тестовом режиме учёные использовали микроскопию "светового листа" для того, чтобы запечатлеть поведение митохондриальных фрагментов и хромосом в ходе деления клеток и их развития у эмбрионов мух и червей. Также для эксперимента были использованы так называемые "бессмертные" клетки HeLa: эти организмы способны делиться бесконечное количество раз, и потому являются прекрасной моделью для биологических исследований.

В целом, микроскопия "светового листа" должна перевернуть представления не только о фундаментальной биологии, но и о практической медицине. Технология, позволяющая следить за микропроцессами в режиме реального времени, облегчит проведение анализов, а значит, и диагностику заболеваний.


Источник: Вести




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Монодисперсные нанокластеры серебра и их оптические свойства
Монодисперсные нанокластеры серебра и их оптические свойства

Светодиодные технологии и оптоэлектроника: магистратура на стыке образования и индустрии
Открыт набор на первую в России индустриальную программу «Светодиодные технологии и оптоэлектроника» Университета ИТМО

Международная онлайн-дискуссия «Квант будущего»
Фонд Росконгресс, Госкорпорация «Росатом», Российский квантовый центр и научно-популярное издание N+1 завершают серию международных онлайн-дискуссий «Квант будущего», где лидеры индустрии и ведущие мировые ученые обсуждают, как квантовые технологии уже изменили наш мир, и с какими вызовами помогут справиться в будущем.
Заключительная дискуссия «Квантовая революция: профессии будущего и трансформация образования» состоится 8 июля в 17:00 по московскому времени.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Супергибридный материал для хранения водорода. Двумерная соль. Существование виртуальных мультиферроиков подтверждено. Чёрные бабочки. Служение науке и немного поэзии.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.