Mikroskopia fluorescencyjna wysokiej rozdzielczości. Bezpłatne wiadomości z biblioteki technicznej

NOWOŚCI NAUKI I TECHNOLOGII, NOWOŚĆ W ELEKTRONIKI
Bezpłatna biblioteka techniczna / Kanał wiadomości

Mikroskopia fluorescencyjna o wysokiej rozdzielczości

17.10.2014

Aby zobaczyć komórkę i jej zawartość, musimy wziąć mikroskop. Jego zasada działania jest stosunkowo prosta: promienie świetlne przechodzą przez obiekt, a następnie wchodzą w soczewki powiększające, dzięki czemu możemy zobaczyć zarówno komórkę, jak i niektóre znajdujące się w niej organelle, takie jak jądro czy mitochondria.

Ale jeśli chcemy zobaczyć białko lub cząsteczkę DNA lub spojrzeć na duży supramolekularny kompleks, taki jak rybosom lub cząsteczka wirusa, zwykły mikroskop świetlny będzie bezużyteczny. Już w 1873 roku niemiecki fizyk Ernst Abbe wydedukował formułę, która ogranicza możliwości każdego mikroskopu świetlnego: okazuje się, że nie można zobaczyć obiektu mniejszego niż połowa długości fali światła widzialnego - czyli mniej niż 0,2 mikrometry.

Rozwiązaniem jest oczywiście wybór czegoś, co może zastąpić światło widzialne. Można użyć wiązki elektronów, a potem dostajemy mikroskop elektronowy – można w nim obserwować wirusy i cząsteczki białek, ale obserwowane obiekty podczas mikroskopii elektronowej popadają w zupełnie nienaturalne warunki. Dlatego pomysł Stefana W. Hella z Instytutu Chemii Biofizycznej Towarzystwa Maxa Plancka (Niemcy) okazał się niezwykle udany.

Istotą pomysłu było napromieniowanie obiektu wiązką laserową, która wprowadzałaby cząsteczki biologiczne w stan wzbudzony. Z tego stanu zaczną przechodzić w stan normalny, uwalniając się od nadmiaru energii w postaci promieniowania świetlnego – czyli rozpocznie się fluorescencja, a cząsteczki staną się widoczne. Ale emitowane fale będą miały bardzo różne długości i będziemy mieli przed oczami nieokreślone miejsce. Aby temu zapobiec, wraz z laserem wzbudzającym, obiekt jest traktowany wiązką gaszącą, która tłumi wszystkie fale z wyjątkiem tych, które mają długość nanometrową. Promieniowanie o długości fali rzędu nanometrów po prostu umożliwia odróżnienie jednej cząsteczki od drugiej.

Metodę nazwano STED (stymulowane zmniejszanie emisji) i za to Stefan Hell otrzymał swoją część Nagrody Nobla. W mikroskopii STED obiekt nie jest od razu całkowicie pokryty wzbudzeniem lasera, ale jest jakby ciągnięty przez dwie cienkie wiązki promieni (wzbudnik i wygaszacz), ponieważ im mniejszy obszar, który w danym momencie fluoryzuje, tym wyższy rozdzielczość obrazu.

Metoda STED została następnie uzupełniona tak zwaną mikroskopią jednocząsteczkową, opracowaną niezależnie pod koniec XX wieku przez dwóch innych współczesnych laureatów, Erica Betziga z Howard Hughes Institute i Williama E. Moernera ze Stanford. W większości metod fizykochemicznych, które opierają się na fluorescencji, obserwujemy jednocześnie całkowite promieniowanie wielu cząsteczek. William Merner właśnie zaproponował metodę, dzięki której można obserwować promieniowanie pojedynczej cząsteczki. Eksperymentując z zielonym białkiem fluorescencyjnym (GFP), zauważył, że blask jego cząsteczek można dowolnie włączać i wyłączać, manipulując długością fali wzbudzenia. Włączając i wyłączając fluorescencję różnych cząsteczek GFP, można je było obserwować pod mikroskopem świetlnym, ignorując ograniczenia nanometrów Abbego. Cały obraz można uzyskać po prostu łącząc kilka obrazów z różnymi cząsteczkami światła w polu widzenia. Dane te zostały uzupełnione pomysłami Erica Betziga, który zaproponował zwiększenie rozdzielczości mikroskopii fluorescencyjnej poprzez zastosowanie białek o różnych właściwościach optycznych (czyli z grubsza wielobarwnych).

Połączenie metody gaszenia wzbudzenia Hella z metodą nakładania sum Betziga-Mernera umożliwiło opracowanie mikroskopii o rozdzielczości nanometrycznej. Za jego pomocą możemy obserwować nie tylko organelle i ich fragmenty, ale także wzajemne oddziaływania cząsteczek (jeśli cząsteczki są znakowane białkami fluorescencyjnymi), co, powtarzamy, nie zawsze jest możliwe metodami mikroskopii elektronowej. Wartość metody trudno przecenić, bo kontakty międzycząsteczkowe są tym, na czym stoi biologia molekularna i bez których nie jest możliwe np. ani tworzenie nowych leków, ani rozszyfrowywanie mechanizmów genetycznych, ani wiele innych rzeczy, które leżą dziedzinie nowoczesnej nauki i techniki.

<< Powrót: Miniaturowa płytka Tah do sterowania urządzeniami elektronicznymi przez Bluetooth 18.10.2014

>> Naprzód: Bezprzewodowy czujnik CoinGuard do alarmu przeciwwłamaniowego 17.10.2014

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Udowodniono istnienie reguły entropii dla splątania kwantowego 09.05.2024

Mechanika kwantowa wciąż zadziwia nas swoimi tajemniczymi zjawiskami i nieoczekiwanymi odkryciami. Niedawno Bartosz Regula z Centrum Obliczeń Kwantowych RIKEN i Ludovico Lamy z Uniwersytetu w Amsterdamie przedstawili nowe odkrycie dotyczące splątania kwantowego i jego związku z entropią. Splątanie kwantowe odgrywa ważną rolę we współczesnej nauce i technologii informacji kwantowej. Jednak złożoność jego struktury utrudnia zrozumienie go i zarządzanie nim. Odkrycie Regulusa i Lamy'ego pokazuje, że splątanie kwantowe podlega zasadzie entropii podobnej do tej obowiązującej w układach klasycznych. Odkrycie to otwiera nowe perspektywy w dziedzinie informatyki i technologii kwantowej, pogłębiając naszą wiedzę na temat splątania kwantowego i jego powiązania z termodynamiką. Wyniki badań wskazują na możliwość odwracalności transformacji splątania, co mogłoby znacznie uprościć ich zastosowanie w różnych technologiach kwantowych. Otwarcie nowej reguły ... >>

Mini klimatyzator Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Lato to czas relaksu i podróży, jednak często upały potrafią zamienić ten czas w udrękę nie do zniesienia. Poznaj nowość od Sony - miniklimatyzator Reon Pocket 5, który obiecuje zapewnić użytkownikom większy komfort lata. Sony wprowadziło do oferty wyjątkowe urządzenie – miniodżywkę Reon Pocket 5, która zapewnia schłodzenie ciała w upalne dni. Dzięki niemu użytkownicy mogą cieszyć się chłodem w dowolnym miejscu i czasie, po prostu nosząc go na szyi. Ten mini klimatyzator wyposażony jest w automatyczną regulację trybów pracy oraz czujniki temperatury i wilgotności. Dzięki innowacyjnym technologiom Reon Pocket 5 dostosowuje swoje działanie w zależności od aktywności użytkownika i warunków otoczenia. Użytkownicy mogą łatwo regulować temperaturę za pomocą dedykowanej aplikacji mobilnej połączonej przez Bluetooth. Dodatkowo dla wygody dostępne są specjalnie zaprojektowane koszulki i spodenki, do których można doczepić mini klimatyzator. Urządzenie może och ... >>

Energia z kosmosu dla Starship 08.05.2024

Wytwarzanie energii słonecznej w przestrzeni kosmicznej staje się coraz bardziej wykonalne wraz z pojawieniem się nowych technologii i rozwojem programów kosmicznych. Szef startupu Virtus Solis podzielił się swoją wizją wykorzystania statku kosmicznego SpaceX do stworzenia orbitalnych elektrowni zdolnych zasilić Ziemię. Startup Virtus Solis zaprezentował ambitny projekt stworzenia elektrowni orbitalnych przy użyciu statku Starship firmy SpaceX. Pomysł ten mógłby znacząco zmienić dziedzinę produkcji energii słonecznej, czyniąc ją bardziej dostępną i tańszą. Istotą planu startupu jest obniżenie kosztów wystrzeliwania satelitów w przestrzeń kosmiczną za pomocą Starship. Oczekuje się, że ten przełom technologiczny sprawi, że produkcja energii słonecznej w kosmosie stanie się bardziej konkurencyjna w stosunku do tradycyjnych źródeł energii. Virtual Solis planuje budowę dużych paneli fotowoltaicznych na orbicie, wykorzystując Starship do dostarczenia niezbędnego sprzętu. Jednak jedno z kluczowych wyzwań ... >>

Nowa metoda tworzenia potężnych akumulatorów 08.05.2024

Wraz z rozwojem technologii i coraz większym wykorzystaniem elektroniki, kwestia tworzenia wydajnych i bezpiecznych źródeł energii staje się coraz pilniejsza. Naukowcy z Uniwersytetu w Queensland zaprezentowali nowe podejście do tworzenia akumulatorów cynkowych o dużej mocy, które mogą zmienić krajobraz branży energetycznej. Jednym z głównych problemów tradycyjnych akumulatorów wodnych było ich niskie napięcie, co ograniczało ich zastosowanie w nowoczesnych urządzeniach. Ale dzięki nowej metodzie opracowanej przez naukowców udało się pokonać tę wadę. W ramach swoich badań naukowcy zajęli się specjalnym związkiem organicznym – katecholem. Okazało się, że jest to ważny element, który może poprawić stabilność akumulatora i zwiększyć jego wydajność. Takie podejście doprowadziło do znacznego wzrostu napięcia akumulatorów cynkowo-jonowych, czyniąc je bardziej konkurencyjnymi. Zdaniem naukowców takie akumulatory mają kilka zalet. Mają b ... >>

Zawartość alkoholu w ciepłym piwie 07.05.2024

Piwo, jako jeden z najpopularniejszych napojów alkoholowych, ma swój niepowtarzalny smak, który może zmieniać się w zależności od temperatury spożycia. Nowe badanie przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców wykazało, że temperatura piwa ma znaczący wpływ na postrzeganie smaku alkoholu. Badanie prowadzone przez naukowca zajmującego się materiałami Lei Jianga wykazało, że w różnych temperaturach cząsteczki etanolu i wody tworzą różnego rodzaju skupiska, co wpływa na postrzeganie smaku alkoholu. W niskich temperaturach tworzą się bardziej piramidalne skupiska, co zmniejsza ostrość smaku „etanolu” i sprawia, że napój ma mniej alkoholowy smak. Wręcz przeciwnie, wraz ze wzrostem temperatury grona stają się bardziej łańcuchowe, co skutkuje wyraźniejszym alkoholowym posmakiem. To wyjaśnia, dlaczego smak niektórych napojów alkoholowych, takich jak baijiu, może zmieniać się w zależności od temperatury. Uzyskane dane otwierają nowe perspektywy dla producentów napojów, ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Odprawa biometryczna podczas lotu 15.03.2018

Powszechna automatyzacja procesów pozwoli odciążyć pracowników lotniska od dodatkowej pracy polegającej na sprawdzaniu kart pokładowych i dokumentów. Teraz tę funkcję przejmą systemy biometryczne.

Już w listopadzie 2017 roku jeden z największych przewoźników lotniczych, British Airways, rozpoczął testowanie najnowszej technologii biometrycznej wchodzenia na pokład pasażerów na pokładach z wykorzystaniem tzw. systemu „e-Gate” lub elektronicznych bramek przyspieszających kontrolę przepływu pasażerów w Los Angeles International Lotnisko. Elektroniczne bramki biometryczne są obecnie testowane na lotniskach w Miami, Orlando i Nowym Jorku.

Teraz, zamiast wręczania kart pokładowych i paszportów pracownikom lotniska przed wejściem na pokład samolotu, pasażerowie mogą sami przejść kontrolę.

Elektroniczna bramka, opracowana przez firmę SITA, wykorzystuje kamery o wysokiej rozdzielczości do identyfikacji unikalnych rysów twarzy i dopasowuje je do zdjęć paszportowych i wizowych oraz sprawdza informacje w bazie danych pasażerów zarejestrowanych na lot. Jeśli system zidentyfikuje użytkownika, brama otwiera się i może on wejść na pokład samolotu.

W testach przeprowadzonych na międzynarodowym lotnisku w Los Angeles, British Airways powiedziały, że bramka biometryczna była w stanie przepuścić 400 pasażerów w zaledwie 22 minuty. A na lotnisku w Orlando odprawa 240 pasażerów trwała 10 minut. To półtora raza szybciej niż tradycyjna kontrola pasażerów przez obsługę lotniska.

Carolina Martinoli, dyrektor ds. marek i klientów w British Airways, mówi, że „technologia, z której korzysta firma, jest czymś, co pasażerowie od dawna znają i któremu ufają. Wiedzą, że jest niezawodna, wydajna i bezpieczna”.

Rzeczywiście, w praktyce jest to podobne do systemów rozpoznawania twarzy, w które wyposażonych jest wiele dzisiejszych smartfonów. „Testowanie w ten sposób pomoże British Airways w opracowaniu technologii i procesów, które najlepiej spełniają potrzeby klientów” – powiedział.

Zobacz całość Archiwum wiadomości z nauki i techniki, nowa elektronika

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn