Elektronmikroszkóp

Elektronmikroszkóp: Színt visz a nanóvilágba

Bevezetés

Az elektronmikroszkópok olyan nagy teljesítményű eszközök, amelyek lehetővé teszik a tudósok számára, hogy nanoskálán figyeljenek meg tárgyakat. Azonban a hagyományos elektronmikroszkópok fekete-fehér képeket készítenek, ami megnehezíti a különböző sejtszerkezetek közötti különbségtételt.

A Kaliforniai Egyetem San Diego-i kutatói kifejlesztettek egy új technikát, amely mesterséges színeket ad hozzá az elektronmikroszkópos képekhez. Ez a technika segíthet a tudósoknak jobban megérteni a sejtekben található struktúrákat és funkciókat.

Hogyan működik a technika?

Az új technika a fény- és az elektronmikroszkópiát ötvözi. Először a tudósok fénymikroszkópot használnak annak a struktúrának az azonosítására, amelyet kiemelni szeretnének. Ezután kis mennyiségű ritkaföldfémet juttatnak a szerkezetbe.

Ezután az elektronmikroszkóp alá helyezik a mintát. Az elektronmikroszkóp elektronokat lő ki a szövetre. Néhány elektron egyenesen áthalad, míg mások vastagabb vagy nehezebb anyagokba ütköznek, és visszaverődnek.

Néhány elektron a ritkaföldfémmel ütközik, és onnan kiszorít egy elektront. Ez arra készteti a kiszorított elektront, hogy kifelé repüljön, magával vive egy kevés energiát. Az energia jellegzetes a felhasznált fémre nézve, és ezt méri a mikroszkóp. Ezt a technikát elektronenergia-veszteség-spektroszkópiának nevezik.

A technika alkalmazásai

A tudósok az új technikát olyan sejtszerkezetek képalkotására használták, mint a Golgi-készülék, a plazmamembránon lévő fehérjék, sőt még az agyban lévő szinapszisokban lévő fehérjék is.

A technika számos biológiai folyamat tanulmányozására felhasználható, többek között:

A fehérjék lokalizációja a sejtekben
A különböző sejtszerkezetek közötti kölcsönhatások
A betegségek kialakulása és előrehaladása

A technika előnyei

Az új technika számos előnyt kínál a hagyományos elektronmikroszkópiával szemben:

Színes képek: A technika mesterséges színeket ad hozzá az elektronmikroszkópos képekhez, ami megkönnyíti a különböző sejtszerkezetek közötti különbségtételt.
Nagy felbontás: A technika nagy felbontású képeket készít, amelyek lehetővé teszik a tudósok számára, hogy nanoskálán figyeljenek meg tárgyakat.
Sokoldalúság: A technika különféle biológiai minták képalkotására használható.

Összehasonlítás más technikákkal

Vannak más technikák is, amelyek felhasználhatók színes képek előállítására elektronmikroszkópokból. Azonban ezeknek a technikáknak megvannak a maguk korlátai.

Korrelatív fényelektronmikroszkópia: Ez a technika két különböző képet igényel, különböző mikroszkópokból, ami csökkentheti a pontosságot.
Immunarany jelölés: Ez a technika homályos festést eredményezhet.

Roger Tsien öröksége

Az új technikát leíró cikk volt az utolsó, amely Roger Tsien nevét viselte, aki Nobel-díjas kémikus volt, és augusztusban hunyt el. Tsien arról volt leginkább ismert, hogy egy medúza fluoreszcens fehérjéjét használta fel sejtszerkezetek megvilágítására.

Az új technika Tsien mikroszkópos innovációjának örökségét bizonyítja. Ez egy olyan nagy teljesítményű eszköz, amely segíthet a tudósoknak jobban megérteni a világot nanoskálán.

Következtetés

Az elektronmikroszkópos képekhez mesterséges színeket hozzáadó új technika jelentős előrelépést jelent a mikroszkópiában. Segíthet a tudósoknak jobban megérteni a sejtekben található struktúrákat és funkciókat, és új ismeretekhez vezethet számos biológiai folyamatról.

Mi a virtuális nanoszkópia?

A virtuális nanoszkópia egy új technológia, amely lehetővé teszi a tudósok számára, hogy sejtszinten készítsenek nagyítható képeket biológiai szövetekről. Több ezer egyedi elektronmikroszkópos képet egyesít egy koherens és interaktív egésszé. Ez lehetővé teszi a megfigyelők számára, hogy példátlan részletességgel vizsgálják meg a szövetek szerkezetét, a szöveti szintű nézettől az egyes sejtek belsejéig.

Hogyan működik a virtuális nanoszkópia?

A virtuális nanoszkópia azzal kezdődik, hogy elektronmikroszkóp segítségével több ezer, enyhén átfedő képet gyűjtenek. Ezeket a képeket ezután egy automatizált szoftverprogrammal illesztik össze. A program az egyes képek tájolásával kapcsolatos metaadatokat és egy olyan algoritmust használ, amely összehasonlítja az egyes képek hasonló jellemzőit, hogy pontosan meghatározza, hová kell őket elhelyezni.

Az eredményül kapott kép egy hatalmas fájl, amelyet ki lehet nagyítani és kicsinyíteni, hogy különböző részletességű szinteket tárjon fel. Például a cikkben látható zebrahal-embrió kép több mint 26 000 egyedi képből áll, és összesen 281 gigapixel. Ez lehetővé teszi a megfigyelők számára, hogy az egész embrió kicsinyített képéről egy adott sejt belsejében lévő szerkezetek részletes nézetére váltsanak, például egy sejtmag.

A virtuális nanoszkópia előnyei

A virtuális nanoszkópia számos előnyt kínál a hagyományos elektronmikroszkópiával szemben. Először is lehetővé teszi a tudósok számára, hogy egy szövetminta teljes, 3D-s képét hozzák létre. Ez ellentétben áll a hagyományos elektronmikroszkópiával, amely csak szövetek kis területeinek 2D-s képeit tudja rögzíteni.

Másodszor, a virtuális nanoszkópia lehetővé teszi a tudósok számára, hogy roncsolásmentes módon vizsgálják meg a szövetmintákat. A hagyományos elektronmikroszkópia megköveteli, hogy a mintákat olyan módon konzerválják, amely károsíthatja azok szerkezetét. A virtuális nanoszkópiához viszont nincs szükség minta-előkészítésre, így élő szövet vizsgálatára is használható.

Harmadszor, a virtuális nanoszkópia sokkal gyorsabb, mint a hagyományos elektronmikroszkópia. Egyetlen elektronmikroszkópos kép összegyűjtése és feldolgozása órákba, sőt napokba is telhet. Ezzel szemben a virtuális nanoszkópia felhasználható egy szövetminta teljes, 3D-s képének létrehozására néhány percen belül.

A virtuális nanoszkópia alkalmazásai

A virtuális nanoszkópiának széles körű alkalmazása van a biológiai kutatásban. Használható sejtek, szövetek és szervek szerkezetének vizsgálatára. Emellett felhasználható embriók fejlődésének nyomon követésére, valamint gyógyszerek és toxinok sejtekre gyakorolt hatásának vizsgálatára is.

A cikkben a kutatók virtuális nanoszkópiát használtak a zebrahal-embrió, az emberi bőr szövet, egy egér embrió és egér vesesejtek elemzésére. Megállapították, hogy a virtuális nanoszkópia felhasználható új struktúrák azonosítására a sejtekben, és a sejtek mozgásának nyomon követésére az idő múlásával.

Következtetés

A virtuális nanoszkópia egy erőteljes új eszköz, amely forradalmasítja a biológiai szövetek tudósok általi tanulmányozásának módját. Számos előnyt kínál a hagyományos elektronmikroszkópiával szemben, beleértve a szövetminták teljes, 3D-s képeinek létrehozásának képességét, a szövetminták roncsolásmentes vizsgálatának lehetőségét, és mindezt sokkal gyorsabban, mint a hagyományos elektronmikroszkópia. Ennek eredményeként a virtuális nanoszkópia várhatóan jelentős szerepet fog játszani a biológiai kutatásban az elkövetkező években.