Электронная микроскопия

Электронная микроскопия: добавление цвета в наномикромир

Введение

Электронные микроскопы представляют собой мощные инструменты, позволяющие исследователям видеть объекты в наномасштабе. Однако традиционные электронные микроскопы создают черно-белые изображения, из-за чего разграничение различных клеточных структур может представлять сложность.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новую методику, которая добавляет искусственный цвет к изображениям, получаемым с помощью электронного микроскопа. Такая методика могла бы помочь ученым лучше понять строение и функции внутри клеток.

Принцип работы методики

Новая методика сочетает световую и электронную микроскопию. Для начала исследователи применяют световой микроскоп, чтобы идентифицировать структуры, которые необходимо выделить. Затем в эти структуры вводят небольшое количество редкоземельного металла.

Далее образец подвергают воздействию электронного микроскопа. Электронный микроскоп испускает пучок электронов на образец. Некоторые электроны проходят через него насквозь, тогда как другие сталкиваются с более плотными или тяжелыми веществами и отскакивают от них.

Несколько электронов попадают в редкоземельный металл и выбивают из него электрон. Это приводит к тому, что выбитый электрон улетает, унося с собой небольшое количество энергии. Энергия уникальна для каждого конкретного используемого металла, и именно ее измеряет микроскоп. Такую методику называют электронной энергетической спектроскопией.

Применение методики

Ученые применяли новую методику для визуализации клеточных структур, таких как комплекс Гольджи, белки на плазматической мембране и даже белки в синапсах головного мозга.

Такую методику можно использовать для изучения широкого спектра биологических процессов, в том числе:

локализации белков внутри клеток
взаимодействий между различными клеточными структурами
развития и прогрессирования заболеваний

Преимущества методики

Новая методика предлагает ряд преимуществ по сравнению с традиционной электронной микроскопией:

Цветные изображения: методика добавляет искусственный цвет к изображениям электронного микроскопа, что облегчает различение различных клеточных структур.
Высокое разрешение: методика дает изображения с высоким разрешением, что позволяет ученым видеть объекты в наномасштабе.
Универсальность: методика может быть использована для получения изображений широкого спектра биологических образцов.

Сравнение с другими методиками

Существуют и другие методики для получения цветных изображений с помощью электронных микроскопов. Однако у этих методик есть свои ограничения.

Корреляционная световая электронная микроскопия: данная методика требует двух разных изображений, полученных с разных микроскопов, что может снизить точность.
Иммунозолотое мечение: данная методика может давать нечеткое окрашивание.

Наследие Роджера Тсьена

Статья, описывающая новую методику, была последней, где значилось имя Роджера Тсьена, химика-нобелиата, умершего в августе. Тсьен прославился тем, что использовал флуоресцентный белок из медуз для подсвечивания клеточных структур.

Новая методика служит свидетельством новаторского наследия Тсьена в области микроскопии. Это мощный инструмент, который может помочь ученым лучше понять мир в наномасштабе.

Заключение

Новая методика добавления искусственного цвета к изображениям электронного микроскопа представляет собой значительный прорыв в микроскопии. Она может помочь ученым лучше понять структуру и функции внутри клеток и может привести к новым открытиям в отношении широкого спектра биологических процессов.

Что такое виртуальная наноскопия?

Виртуальная наноскопия — это новая технология, которая позволяет ученым создавать масштабируемые изображения биологических тканей на клеточном уровне. Она объединяет тысячи отдельных изображений электронного микроскопа для создания единого и интерактивного целого. Это позволяет исследователям изучать структуру ткани в беспрецедентных деталях, от вида на уровне ткани до внутренних структур отдельных клеток.

Как работает виртуальная наноскопия?

Виртуальная наноскопия начинается со сбора тысяч слегка перекрывающихся изображений с помощью электронного микроскопа. Затем эти изображения сшиваются вместе с использованием автоматизированной программы. Программа использует метаданные об ориентации отдельных изображений и алгоритм, который сравнивает похожие характеристики на каждом изображении, чтобы определить, где именно они должны быть размещены.

Получившееся изображение представляет собой огромный файл, который можно увеличивать и уменьшать, чтобы отображать различные уровни детализации. Например, изображение эмбриона зебрафиш, показанное в статье, состоит из более чем 26 000 отдельных изображений и имеет общий вес 281 гигапиксель. Это позволяет исследователям переходить от уменьшенного изображения всего эмбриона к детальному виду структур, таких как ядро, внутри определенной клетки.

Преимущества виртуальной наноскопии

Виртуальная наноскопия предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционной электронной микроскопией. Во-первых, она позволяет ученым создавать полный трехмерный вид образца ткани. Это отличается от традиционной электронной микроскопии, которая может делать только двумерные изображения небольших участков ткани.

Во-вторых, виртуальная наноскопия позволяет ученым исследовать образцы тканей неразрушающим способом. Традиционная электронная микроскопия требует, чтобы образцы сохранялись способом, который может повредить их структуру. С другой стороны, виртуальная наноскопия не требует никакой подготовки образцов, поэтому ее можно использовать для изучения живых тканей.

В-третьих, виртуальная наноскопия намного быстрее, чем традиционная электронная микроскопия. Сбор и обработка одного изображения электронного микроскопа может занять часы или даже дни. С другой стороны, виртуальная наноскопия может быть использована для создания полного трехмерного изображения образца ткани в течение нескольких минут.

Применение виртуальной наноскопии

Виртуальная наноскопия имеет широкий спектр применения в биологических исследованиях. Ее можно использовать для изучения структуры клеток, тканей и органов. Ее также можно использовать для отслеживания развития эмбрионов и изучения влияния лекарств и токсинов на клетки.

В этой статье исследователи использовали виртуальную наноскопию для анализа эмбриона зебрафиш, ткани кожи человека, эмбриона мыши и клеток почки мыши. Они обнаружили, что виртуальная наноскопия может быть использована для идентификации новых структур в клетках и отслеживания движения клеток во времени.

Заключение

Виртуальная наноскопия — это мощный новый инструмент, который революционизирует то, как ученые изучают биологические ткани. Она предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционной электронной микроскопией, включая возможность создания полных трехмерных изображений образцов тканей, изучения образцов тканей неразрушающим способом и делает это намного быстрее, чем традиционная электронная микроскопия. Поэтому ожидается, что виртуальная наноскопия будет играть важную роль в биологических исследованиях в ближайшие годы.