Електронна микроскопия

Електронна микроскопия: Оцветяване на наномира

Въведение

Електронните микроскопи са мощни инструменти, които позволяват на учените да наблюдават обекти в наномащаб. Традиционните електронни микроскопи обаче произвеждат черно-бели изображения, което може да затрудни разграничаването на различни клетъчни структури.

Изследователи от Калифорнийския университет в Сан Диего разработиха нова техника, която добавя изкуствен цвят към изображенията с електронен микроскоп. Тази техника може да помогне на учените да разберат по-добре структурите и функциите в клетките.

Как работи техниката

Новата техника комбинира светлинна и електронна микроскопия. Първо, учените използват светлинен микроскоп, за да идентифицират структурите, които искат да подчертаят. След това въвеждат малко количество редкоземен метал в структурите.

След това подлагат пробата на електронен микроскоп. Електронният микроскоп изстрелва електрони в тъканта. Някои електрони преминават направо, докато други удрят по-дебели или по-тежки материали и се отскачат.

Няколко електрона удрят редкоземния метал и изместват електрон там. Това кара изместения електрон да излети заедно с малко енергия. Енергията е характерна за използвания конкретен метал и това е, което измерва микроскопът. Тази техника се нарича електронна спектроскопия с енергийна загуба.

Приложения на техниката

Учените са използвали новата техника, за да изобразяват клетъчни структури като апарата на Голджи, протеини върху плазмената мембрана и дори протеини в синапсите в мозъка.

Техниката може да бъде използвана за изследване на широк спектър от биологични процеси, включително:

Локализация на протеини в клетките
Взаимодействия между различни клетъчни структури
Развитие и прогресиране на заболявания

Предимства на техниката

Новата техника предлага няколко предимства пред традиционната електронна микроскопия:

Цветни изображения: Техниката добавя изкуствени цветове към изображенията от електронен микроскоп, което прави разграничаването на различни клетъчни структури по-лесно.
Висока разделителна способност: Техниката осигурява изображения с висока разделителна способност, което позволява на учените да наблюдават обекти в наномащаб.
Универсалност: Техниката може да се използва за изобразяване на широк спектър от биологични проби.

Сравнение с други техники

Има и други техники, които могат да се използват за получаване на цветни изображения от електронни микроскопи. Тези техники обаче имат свои собствени ограничения.

Корелативна светлинна електронна микроскопия: Тази техника изисква две различни изображения, от различни микроскопи, което може да намали прецизността.
Имуно-златно етикетиране: Тази техника може да даде неясно оцветяване.

Наследството на Роджър Циен

Статията, описваща новата техника, е последната, която носи името на Роджър Циен, химик, носител на Нобелова награда, който почина през август. Циен беше най-известен с използването на флуоресцентен протеин от медузи за осветяване на клетъчните структури.

Новата техника е доказателство за наследството на Циен в иновациите в микроскопията. Това е мощен инструмент, който може да помогне на учените да разберат по-добре света в наномащаб.

Заключение

Новата техника за добавяне на изкуствени цветове към изображенията с електронен микроскоп е значителен напредък в микроскопията. Тя може да помогне на учените да разберат по-добре структурите и функциите в клетките и може да доведе до нови прозрения за широк спектър от биологични процеси.

Виртуална наноскопия: Изследване на биологични тъкани на клетъчно ниво

Какво е виртуална наноскопия?

Виртуалната наноскопия е нова технология, която позволява на учените да създават мащабируеми изображения на биологични тъкани на клетъчно ниво. Тя комбинира хиляди отделни електронно-микроскопски изображения, за да създаде едно цялостно и интерактивно изображение. Това позволява на наблюдателите да изследват структурата на тъканите в безпрецедентни детайли, от изглед на тъканно ниво до вътрешността на отделните клетки.

Как работи виртуалната наноскопия?

Виртуалната наноскопия започва със събирането на хиляди леко припокриващи се изображения с помощта на електронен микроскоп. След това тези изображения се съшиват заедно с помощта на автоматизирана софтуерна програма. Програмата използва метаданни за ориентацията на отделните изображения и алгоритъм, който сравнява подобни характеристики във всяко изображение, за да определи точно къде трябва да бъдат разположени.

Полученото изображение е огромен файл, който може да се увеличава и намалява, за да разкрие различни нива на детайлност. Например, изображението на ембрион на зебра от статията е съставено от над 26 000 отделни изображения и тежи общо 281 гигапиксела. Това позволява на наблюдателите да преминат от отдалечена картина на целия ембрион към подробен изглед на структури като ядрото в специфична клетка.

Предимства на виртуалната наноскопия

Виртуалната наноскопия предлага няколко предимства пред традиционната електронна микроскопия. Първо, тя позволява на учените да създадат пълна, триизмерна картина на тъканна проба. Това е в контраст с традиционната електронна микроскопия, която може да заснема само двуизмерни изображения на малки области от тъкан.

Второ, виртуалната наноскопия позволява на учените да изследват тъканни проби по неразрушителен начин. Традиционната електронна микроскопия изисква пробите да бъдат консервирани по начин, който може да увреди тяхната структура. Виртуалната наноскопия, от друга страна, не изисква никаква подготовка на пробата, така че може да се използва за изследване на жива тъкан.

Трето, виртуалната наноскопия е много по-бърза от традиционната електронна микроскопия. Събирането и обработката на едно изображение с електронен микроскоп може да отнеме часове или дори дни. Виртуалната наноскопия, от друга страна, може да се използва за създаване на пълно триизмерно изображение на тъканна проба за броени минути.

Приложения на виртуалната наноскопия

Виртуалната наноскопия има широк спектър от приложения в биологичните изследвания. Тя може да се използва за изследване на структурата на клетки, тъкани и органи. Може да се използва и за проследяване на развитието на ембриони и за изследване на ефектите на лекарства и токсини върху клетките.

В статията изследователите използват виртуална наноскопия, за да анализират ембрион на зебра, човешка кожна тъкан, миши ембрион и клетки от миши бъбрек. Те открили, че виртуалната наноскопия може да се използва за идентифициране на нови структури в клетките и за проследяване на движението на клетките във времето.

Заключение

Виртуалната наноскопия е мощен нов инструмент, който революционизира начина, по който учените изследват биологичните тъкани. Тя предлага няколко предимства пред традиционната електронна микроскопия, включително възможността за създаване на пълни триизмерни изображения на тъканни проби, изследване на тъканни проби по неразрушителен начин и това много по-бързо от традиционната електронна микроскопия. В резултат на това се очаква виртуалната наноскопия да играе основна роля в биологичните изследвания през следващите години.