Lov na molekule sa "vrhom na otvoru"

Novi optički mikroskop blizu polja za analizu bioloških makromolekula

Načelo blizine otvora "Načini blende" Mikroskop Biokemijski institut Max Planck
čitati naglas

Pojedinačne molekule bojila, koje su udaljene samo desetak milimetara, sada se mogu pojedinačno optički slikati novim mikroskopom u blizini. Znanstvenici s Biokemijskog instituta Max Planck u Martinsriedu odredili su položaj i orijentaciju pojedinih molekula fluorescentne boje s mikroskopom blizu polja. Svojim novim razvojem, istraživači proširuju mogućnosti fluorescentne mikroskopije koja se koristi za proučavanje obilježenih molekula u molekularnoj i staničnoj biologiji.

Da bi se biološke strukture detaljno promatrale i moglo se izvući zaključak o njihovom položaju i njihovoj funkciji u stanici ili organizmu, potrebni su sve snažniji mikroskopi. Metoda visoke rezolucije koju su razvili biofizičari Instituta Max Planck za biokemiju je optičko skeniranje mikroskopije u blizini polja koje se temelji na vršnoj koncentraciji svjetlosti.

Ovdje fini vrh igle promjera svega nekoliko nanometara pregledava površinu na njegovom kraju: s jedne strane, ovaj vrh skenira topografiju uzorka interakcijom sile, ali istodobno se lasersko svjetlo fokusira preko leće na vrh igle, što dodatno koncentrira svjetlost na svom kraju. Pomoću ove filigranske svjetlosne sonde, detalji predmeta se zatim mogu vizualno reproducirati redom veličine koji odgovara polumjeru vrha igle.

Sad pogodan i za biološke uzorke

Iako se mikroskopija u blizini polja već uspješno primjenjuje u istraživanju materijala, postojali su problemi s primjenom mikroskopije u blizini polja na biološke strukture. Na primjer, fluorescentne boje se, na primjer, koriste za ispitivanje stanica i njihovih metaboličkih procesa kako bi se, na primjer, vizualizirala bjelančevina i njihova aktivnost u normalnom mikroskopu sa svjetlom određene valne duljine. Nažalost, boje fluorescentne naljepnice vrlo brzo se izbjeljuju. To se posebno dogodilo u slučaju mikroskopije u blizini polja sa iglom, budući da se ovdje ozračeno lasersko svjetlo može najbolje fokusirati samo na područje koje je još daleko veće od polumjera vrha.

Staklena vlakna s otvorom

Znanstvenici Max Planck Heinrich Frey, Susanne Witt i Karin Felder, pod vodstvom Reinharda Guckenbergera, sada su razvili novu verziju optičke tehnike u blizini polja u kojoj problem izbjeljivanja više nije presudan: Ovdje je vrh zamijenjen staklenim vlaknima s otvorom Osvjetljeni otvor na kraju. Otvor blefira lasersku svjetlost na malo područje oko vrha skeniranja, čime minimizira prerano izbjeljivanje fluorescentnih boja. Sam vrh pruža još jednu koncentraciju svjetlosti na svom kraju. Pomoću ove sonde „Tip on Aperture“ („tip na dijafragmi otvora blende“, „TOA“) znanstvenici sada mogu fluorescentno obilježiti ili čak fluorescentne molekule, na primjer, na površini bioloških struktura, s vrlo visokom razlučivošću prepoznati. prikaz

S novim TOA mikroskopom u blizini polja, Martinsriedovi su znanstvenici uspjeli spojiti izvanrednu rezoluciju optičkog mikroskopa blizu polja do deset nanometara s fluorescentnim označavanjem pojedinih molekula. U tu svrhu, istraživači su povezali krajeve molekula DNK s bojom Cy-3, stavili DNK na nosač uzorka i skenirali ga novim vrhom mikroskopa blizu blizu polja TOA. Istovremeno, znanstvenici su zabilježili i topografiju DNA molekula i fluorescenciju pojedinih molekula Cy-3. U stvari, fluorescencija je pronađena pretežno na krajevima DNK. Pojavila se u karakterističnim obrascima za svaku Cy-3 molekulu. Jednostavnim modelom može se odrediti kako točna lokacija (točnost: više od jednog nanometra), tako i prostorna orijentacija fluorescentne boje.

Proteinski kompleksi kao objekt

Nova optička TOA mikroskopija u blizini polja sada omogućuje detaljno proučavanje pojedinačno pripremljenih bioloških struktura, na primjer proteinskih kompleksa. Osim toga, molekularni kompleksi mogu se prikazati izravno na površini stanica ili staničnih organela. Cilj je izravno promatrati funkciju kompleksa. Biofizičari s Biokemijskog instituta Max Planck planiraju dodatno optimizirati svoj novi mikroskop.Na primjer, istraživanjem će se utvrditi koja je optimalna geometrija sonde i kako se posebno lasersko svjetlo razlikuje od dijafragme otvora do vrha vrha stigne.

(MPG, 11.11.2004. - NPO)