Elektronmikroskopi

Elektronmikroskopi: Att föra in färg i nanovärlden

Introduktion

Elektronmikroskop är kraftfulla verktyg som gör det möjligt för forskare att se objekt i nanoskala. Traditionella elektronmikroskop producerar dock svartvita bilder, vilket kan göra det svårt att skilja mellan olika cellulära strukturer.

Forskare vid University of California, San Diego, har utvecklat en ny teknik som lägger till artificiell färg till elektronmikroskopbilder. Denna teknik skulle kunna hjälpa forskare att bättre förstå strukturerna och funktionerna i celler.

Hur tekniken fungerar

Den nya tekniken kombinerar ljusmikroskopi och elektronmikroskopi. Först använder forskare ett ljusmikroskop för att identifiera de strukturer de vill markera. Sedan introducerar de en liten mängd sällsynt jordartsmetall till strukturerna.

Därefter utsätter de provet för ett elektronmikroskop. Elektronmikroskopet skjuter elektroner mot vävnaden. Vissa elektroner går rakt igenom, medan andra träffar tjockare eller tyngre material och studsar tillbaka.

Några elektroner träffar sällsynt jordartsmetallen och förskjuter en elektron där. Detta får den förskjutna elektronen att flyga ut, tillsammans med lite energi. Energin är distinkt för den specifika metall som används, och det är detta som mikroskopet mäter. Denna teknik kallas elektronenergiminnespektroskopi.

Tillämpningar av tekniken

Forskare har använt den nya tekniken för att avbilda cellstrukturer som Golgi-komplexet, proteiner på plasmamembranet och till och med proteiner vid synapserna i hjärnan.

Tekniken skulle kunna användas för att studera ett brett spektrum av biologiska processer, inklusive:

Lokalisering av proteiner i celler
Interaktionerna mellan olika cellulära strukturer
Utvecklingen och utvecklingen av sjukdomar

Fördelar med tekniken

Den nya tekniken erbjuder flera fördelar jämfört med traditionell elektronmikroskopi:

Färgbilder: Tekniken lägger till artificiell färg till elektronmikroskopbilder, vilket gör det lättare att skilja mellan olika cellulära strukturer.
Hög upplösning: Tekniken ger bilder med hög upplösning, vilket gör det möjligt för forskare att se objekt i nanoskala.
Mångsidighet: Tekniken kan användas för att avbilda ett brett spektrum av biologiska prover.

Jämförelse med andra tekniker

Det finns andra tekniker som kan användas för att ge färgbilder från elektronmikroskop. Dessa tekniker har dock sina egna begränsningar.

Korrelativ ljus-elektronmikroskopi: Denna teknik kräver två olika bilder, från olika mikroskop, vilket kan minska precisionen.
Immunoguldmärkning: Denna teknik kan ge otydlig färgning.

Roger Tsiens arv

Artikeln som beskriver den nya tekniken var den sista som bar namnet Roger Tsien, en Nobelprisbelönad kemist som dog i augusti. Tsien var mest känd för att använda ett fluorescerande protein från maneter för att belysa cellulära strukturer.

Den nya tekniken är ett bevis på Tsiens arv av innovation inom mikroskopi. Det är ett kraftfullt verktyg som skulle kunna hjälpa forskare att bättre förstå världen i nanoskala.

Slutsats

Den nya tekniken för att lägga till artificiell färg till elektronmikroskopbilder är ett betydande framsteg inom mikroskopi. Det skulle kunna hjälpa forskare att bättre förstå strukturerna och funktionerna i celler och skulle kunna leda till nya insikter i ett brett spektrum av biologiska processer.

Vad är virtuell nanoskopi?

Virtuell nanoskopi är en ny teknik som gör det möjligt för forskare att skapa zoombara bilder av biologisk vävnad på cellnivå. Den kombinerar tusentals enskilda bilder från elektronmikroskop för att skapa en sammanhängande och interaktiv helhet. Detta gör det möjligt för betraktare att utforska vävnadens struktur i oöverträffad detalj, från en vy på vävnadsnivå ner till insidan av enskilda celler.

Hur fungerar virtuell nanoskopi?

Virtuell nanoskopi börjar med att samla in tusentals något överlappande bilder med hjälp av ett elektronmikroskop. Dessa bilder sammanfogas sedan med hjälp av ett automatiserat datorprogram. Programmet använder metadata om de enskilda bildernas orientering och en algoritm som jämför liknande funktioner i varje bild för att avgöra exakt var de ska placeras.

Den resulterande bilden är en massiv fil som kan zoomas in och ut för att avslöja olika detaljnivåer. Till exempel är bilden av ett zebrafiskembryo som visas i artikeln sammansatt av mer än 26 000 enskilda bilder och väger totalt 281 gigapixlar. Detta gör det möjligt för betraktare att gå från en utzoomad bild av hela embryot till en detaljerad vy av strukturer, såsom en cellkärna, i en specifik cell.

Fördelarna med virtuell nanoskopi

Virtuell nanoskopi erbjuder flera fördelar jämfört med traditionell elektronmikroskopi. För det första gör det det möjligt för forskare att skapa en komplett 3D-vy av ett vävnadsprov. Detta står i kontrast till traditionell elektronmikroskopi, som endast kan ta 2D-bilder av små områden av vävnad.

För det andra gör virtuell nanoskopi det möjligt för forskare att utforska vävnadsprover på ett icke-förstörande sätt. Traditionell elektronmikroskopi kräver att prover konserveras på ett sätt som kan skada deras struktur. Virtuell nanoskopi, å andra sidan, kräver ingen provpreparering, så den kan användas för att studera levande vävnad.

För det tredje är virtuell nanoskopi mycket snabbare än traditionell elektronmikroskopi. Det kan ta timmar eller till och med dagar att samla in och bearbeta en enda elektronmikroskopibild. Virtuell nanoskopi, å andra sidan, kan användas för att skapa en komplett 3D-bild av ett vävnadsprov på några minuter.

Tillämpningar av virtuell nanoskopi

Virtuell nanoskopi har ett brett spektrum av tillämpningar inom biologisk forskning. Den kan användas för att studera strukturen hos celler, vävnader och organ. Den kan också användas för att följa utvecklingen av embryon och för att undersöka effekterna av läkemedel och toxiner på celler.

I artikeln använde forskarna virtuell nanoskopi för att analysera zebrafiskembryot, mänsklig hudvävnad, ett musembryo och njurceller från möss. De fann att virtuell nanoskopi kan användas för att identifiera nya strukturer i celler och för att spåra rörelsen av celler över tid.

Slutsats

Virtuell nanoskopi är ett kraftfullt nytt verktyg som revolutionerar sättet som forskare studerar biologisk vävnad. Den erbjuder flera fördelar jämfört med traditionell elektronmikroskopi, inklusive förmågan att skapa kompletta 3D-bilder av vävnadsprover, att utforska vävnadsprover på ett icke-förstörande sätt och att göra detta mycket snabbare än traditionell elektronmikroskopi. Som ett resultat förväntas virtuell nanoskopi spela en viktig roll i biologisk forskning under de kommande åren.