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使用技巧绕过显微镜的衍射极限
  • 发布日期:2018-07-18      浏览次数:680
    •     来自德累斯顿和维尔茨堡的物理学家们使用小点来移动杆表面 - 以解决光学显微镜的分辨率限制问题。使用他们的新方法,它使用生物电机和荧光纳米粒子,他们产生超高分辨率的图像。

        常规光学显微镜的分辨率由光衍射的基本物理原理不限于光的大约一半的波长:如果两个对象之间的距离小于这所谓的“衍射极限”,它们可以光学不能彼此分离 - 图片显得模糊。对于在几纳米范围内的表示,因此简单的光学显微镜是不够的。

        巨大的努力解决方案?

        出于这个原因,全世界的科学家过去已经开发了精心设计的概念,以规避衍射极限,从而提高分辨率。然而,为此所需的技术努力是相当大的,并且通常需要高度专业化的显微镜组件。特别是,近场光场的测量仍然是一个巨大的挑战,因为它们如此强大的本地化以至于不能将波发送到远处的探测器。

        但是,Julius-Maximilians-UniversitätWürzburg(JMU)和德累斯顿工业大学的物理学家已经表明,可以用更少的努力来测量这些近场。他们使用许多极小的光学纳米探针,使用生物分子传输系统在表面上滑动。

        微小的管和biomotors

        新显微技术的关键要素是微管和运动蛋白。“这两个要素是细胞内运输系统的基本组成部分,”德累斯顿工业大学主席“生物纳米工具”的Stefan Diez教授说。

        “微管是管状蛋白质复合物,长达数十毫米长,在人体细胞内形成重要的”街道系统“。运动蛋白沿着这些路线运行,将细胞内的载荷从一个地方运送到另一个地方,“研究人员解释说。

        运动蛋白提供驱动力

        跨微管运行在体内输送物质马达蛋白的概念具有从维尔茨和德累斯顿所利用物理学家 - 但以相反的顺序:“电机蛋白被固定在样品的表面上,其范围大约为忽略微管 - 可以这么说,用生物分子“跳舞”,“JMU实验物理学教授Bert Hecht教授的工作小组的博士生HeikoGroß说。

        为了跟踪微管的运动,它们提供量子点 - 几纳米小荧光粒子,用作光学探针。但是如何通过表面上携带的量子点提高显微分辨率?

        粒度决定了分辨率

        在一次测试中,物理学家研究了一个狭窄的狭缝宽度小于250纳米的薄金层。这些插槽用蓝色激光从下面照亮。“穿过这些狭窄缝隙的光线局限于缝隙宽度,因此非常适合演示高分辨率光学显微镜,”Gross说。

        在测量过程中,“微管群”同时在金层表面的不同方向上滑动。使用摄像头,每个运输的量子点的位置可以在确定的时间间隔内确定。

        如果一个量子点现在穿过色谱柱的光学近场,它可以更强烈地照亮,也就是说,作为一个光学传感器。这里的诀窍是:由于量子点的直径只有几纳米,因此可以非常地确定槽内的光分布,从而避开衍射极限。

        通过同时使用许多量子点和运动蛋白,物理学家可以使用他们的方法在短时间内扫描大面积。“通过这种方式,我们可以在简单的光学显微镜上测量分辨率小于5纳米的大面积区域的局部光场,”Groß说。为了比较:普通光学显微镜具有约500纳米的大分辨率。

        准确度高十倍

        新型显微镜技术的另一个优点是微管由于其长度和强度在发动机涂覆的样品表面上非常直接且可预测地移动。“这使得有可能比以前建立的高分辨率显微镜方法更准确地确定量子点的位置十倍,”Dr. med博士解释说。Diez研究小组的前博士后研究员Jens Ehrig,以及德累斯顿工业大学服务设施“分子成像与操作”的现任负责人。而且,以这种方式可以排除由于近场耦合引起的伪影引起的干扰。由于运输系统仅包含少量分子,因此其对近场的影响可以忽略不计。

        研究人员希望利用他们的想法在表面显微镜领域建立一项新技术。他们在任何情况下,坚信“特别是在纳米结构表面的光学检测,这种显微镜可以发挥自己的长处。”在接下来的步骤,他们希望现在使用这种分子运输系统的基础研究,量子点制造的光学近场和专门链接他们的研究互动。

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