Kính hiển vi điện tử

Kính hiển vi điện tử: Mang màu sắc đến thế giới nano

Giới thiệu

Kính hiển vi điện tử là công cụ mạnh mẽ cho phép các nhà khoa học quan sát các vật thể ở cấp độ nano. Tuy nhiên, kính hiển vi điện tử thông thường tạo ra hình ảnh đen trắng, có thể gây khó khăn trong việc phân biệt giữa các cấu trúc tế bào khác nhau.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, San Diego đã phát triển một kỹ thuật mới để thêm màu sắc nhân tạo vào hình ảnh kính hiển vi điện tử. Kỹ thuật này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cấu trúc và chức năng bên trong tế bào.

Kỹ thuật hoạt động như thế nào

Kỹ thuật mới kết hợp kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử. Đầu tiên, các nhà khoa học sử dụng kính hiển vi quang học để xác định các cấu trúc mà họ muốn làm nổi bật. Sau đó, họ đưa một lượng nhỏ kim loại đất hiếm vào các cấu trúc đó.

Tiếp theo, họ đưa mẫu vào kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi điện tử bắn các electron vào mô. Một số electron đi xuyên qua, trong khi những electron khác va vào vật liệu dày hơn hoặc nặng hơn và bật trở lại.

Một số electron đập vào kim loại đất hiếm và đẩy một electron ở đó ra. Điều này khiến electron bị đẩy ra ngoài, cùng với một chút năng lượng. Năng lượng này là riêng biệt đối với từng kim loại cụ thể được sử dụng, và đây là thứ mà kính hiển vi đo được. Kỹ thuật này được gọi là phổ năng lượng mất mát electron.

Ứng dụng của kỹ thuật

Các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật mới để chụp ảnh các cấu trúc tế bào như phức hợp Golgi, protein trên màng sinh chất và thậm chí protein tại các khớp thần kinh trong não.

Kỹ thuật này có thể được sử dụng để nghiên cứu nhiều quá trình sinh học khác nhau, bao gồm:

Vị trí của protein bên trong tế bào
Sự tương tác giữa các cấu trúc tế bào khác nhau
Sự phát triển và tiến triển của bệnh tật

Lợi ích của kỹ thuật

Kỹ thuật mới mang lại một số lợi ích so với kính hiển vi điện tử thông thường:

Hình ảnh màu sắc: Kỹ thuật này thêm màu sắc nhân tạo vào hình ảnh kính hiển vi điện tử, giúp dễ dàng phân biệt giữa các cấu trúc tế bào khác nhau.
Độ phân giải cao: Kỹ thuật này cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao, cho phép các nhà khoa học quan sát các vật thể ở cấp độ nano.
Tính linh hoạt: Kỹ thuật này có thể được sử dụng để chụp ảnh nhiều loại mẫu sinh học.

So sánh với các kỹ thuật khác

Có những kỹ thuật khác có thể được sử dụng để cung cấp hình ảnh màu từ kính hiển vi điện tử. Tuy nhiên, các kỹ thuật này có những hạn chế riêng.

Kính hiển vi điện tử quang học tương quan: Kỹ thuật này yêu cầu hai hình ảnh khác nhau từ hai kính hiển vi khác nhau, điều này có thể làm giảm độ chính xác.
Đánh dấu miễn dịch bằng vàng: Kỹ thuật này có thể tạo ra vết nhuộm không rõ ràng.

Di sản của Roger Tsien

Bài báo mô tả kỹ thuật mới là bài báo cuối cùng mang tên Roger Tsien, một nhà hóa học từng đoạt giải Nobel đã qua đời vào tháng 8. Tsien được biết đến nhiều nhất với việc sử dụng protein huỳnh quang từ sứa để chiếu sáng các cấu trúc tế bào.

Kỹ thuật mới là minh chứng cho di sản đổi mới của Tsien trong lĩnh vực kính hiển vi. Đây là một công cụ mạnh mẽ có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về thế giới ở cấp độ nano.

Kết luận

Kỹ thuật mới để thêm màu sắc nhân tạo vào hình ảnh kính hiển vi điện tử là một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực kính hiển vi. Nó có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cấu trúc và chức năng bên trong tế bào và có thể dẫn đến những hiểu biết mới về nhiều quá trình sinh học khác nhau.

Nội soi nano ảo là gì?

Nội soi nano ảo là một công nghệ mới cho phép các nhà khoa học tạo ra hình ảnh có thể thu phóng của mô sinh học ở cấp độ tế bào. Công nghệ này kết hợp hàng nghìn hình ảnh riêng lẻ từ kính hiển vi điện tử để tạo ra một tổng thể mạch lạc và tương tác. Điều này cho phép người xem khám phá cấu trúc của mô với độ chi tiết chưa từng có, từ chế độ xem toàn bộ mô cho đến bên trong từng tế bào.

Nội soi nano ảo hoạt động như thế nào?

Nội soi nano ảo bắt đầu bằng việc thu thập hàng nghìn hình ảnh chồng lấn nhau một chút bằng kính hiển vi điện tử. Sau đó, các hình ảnh này được ghép lại với nhau bằng một phần mềm tự động. Phần mềm sử dụng siêu dữ liệu về hướng của từng hình ảnh và một thuật toán so sánh các đặc điểm tương tự trong mỗi hình ảnh để xác định chính xác vị trí cần đặt các hình ảnh đó.

Hình ảnh thu được là một tệp khổng lồ có thể phóng to và thu nhỏ để hiển thị các mức độ chi tiết khác nhau. Ví dụ: hình ảnh phôi cá ngựa vằn được hiển thị trong bài viết bao gồm hơn 26.000 hình ảnh riêng lẻ và có tổng trọng lượng là 281 gigapixel. Điều này cho phép người xem chuyển từ hình ảnh thu nhỏ của toàn bộ phôi sang chế độ xem chi tiết các cấu trúc, chẳng hạn như nhân, bên trong một tế bào cụ thể.

Lợi ích của nội soi nano ảo

Nội soi nano ảo cung cấp một số lợi ích so với kính hiển vi điện tử truyền thống. Đầu tiên, công nghệ này cho phép các nhà khoa học tạo ra chế độ xem 3D hoàn chỉnh của một mẫu mô. Điều này trái ngược với kính hiển vi điện tử truyền thống, chỉ có thể chụp ảnh 2D các vùng mô nhỏ.

Thứ hai, nội soi nano ảo cho phép các nhà khoa học khám phá các mẫu mô theo cách không phá hủy. Kính hiển vi điện tử truyền thống yêu cầu phải bảo quản mẫu theo cách có thể làm hỏng cấu trúc của mẫu. Mặt khác, nội soi nano ảo không yêu cầu bất kỳ chế phẩm mẫu nào, do đó công nghệ này có thể được sử dụng để nghiên cứu mô sống.

Thứ ba, nội soi nano ảo nhanh hơn nhiều so với kính hiển vi điện tử truyền thống. Có thể mất nhiều giờ hoặc thậm chí nhiều ngày để thu thập và xử lý một hình ảnh kính hiển vi điện tử đơn lẻ. Mặt khác, nội soi nano ảo có thể được sử dụng để tạo ra hình ảnh 3D hoàn chỉnh của một mẫu mô chỉ trong vài phút.

Các ứng dụng của nội soi nano ảo

Nội soi nano ảo có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu sinh học. Công nghệ này có thể được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc của tế bào, mô và cơ quan. Công nghệ này cũng có thể được sử dụng để theo dõi sự phát triển của phôi và để nghiên cứu tác động của thuốc và độc tố đối với tế bào.

Trong bài viết, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nội soi nano ảo để phân tích phôi cá ngựa vằn, mô da người, phôi chuột và tế bào thận chuột. Họ phát hiện ra rằng nội soi nano ảo có thể được sử dụng để xác định các cấu trúc mới trong tế bào và theo dõi chuyển động của tế bào theo thời gian.

Kết luận

Nội soi nano ảo là một công cụ mới mạnh mẽ đang cách mạng hóa cách các nhà khoa học nghiên cứu mô sinh học. Công nghệ này cung cấp một số lợi thế so với kính hiển vi điện tử truyền thống, bao gồm khả năng tạo ra hình ảnh 3D hoàn chỉnh của các mẫu mô, khám phá các mẫu mô theo cách không phá hủy và thực hiện nhanh hơn nhiều so với kính hiển vi điện tử truyền thống. Do đó, nội soi nano ảo được kỳ vọng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu sinh học trong những năm tới.