Vallankumouksellinen mikroskopia: 3D-näkymät elävistä soluista paljastettiin!

Vallankumouksellinen mikroskopia: 3D-näkymät elävistä soluista paljastettiin!

Valolevyfluoresenssimikroskopia (LSFM) on vakiinnuttanut asemansa uraauurtavana teknologiana biokemiallisessa tutkimuksessa. Tämän menetelmän avulla Zeyu Zhangin kaltaiset tutkijat voivat saada kolmiulotteisen kuvan fluoresoivista näytteistä, erityisesti elävien solujen osista. LSFM:n näkyvä piirre on aikakorreloidun yksittäisfotonilaskentatekniikan (TCSPC) käyttö, jonka avulla näytteiden molekyylien luminesenssin kesto voidaan mitata tarkasti. Dr. Meike Hofmann, teknisen optiikan laitoksen tutkija, korostaa valaistuksen keston merkitystä biologisten prosessien ymmärtämisessä.

Mikroskooppijärjestelmä havaitsee fotonit ja seuraa niiden saapumisaikaa ja sijaintia. Nämä tarkat tulokset vaativat suuren määrän fotoneja, mikä johtaa vastaavasti tarpeeseen kerätä monia datapisteitä kattavan kuvan tuottamiseksi. Näin raportoivat asiantuntijat nature.com että viimeaikainen kehitys fluoresenssin elinkaaren mikroskopiassa (FLIM) tarjoaa mahdollisuuden esittää biologisten järjestelmien monimutkaisuus ennennäkemättömän selkeästi.

FLIMin mekaniikka

FLIM on fluoresenssipohjainen kuvantamistekniikka, joka mittaa virittyneiden fluoresoivien molekyylien elinikää fluoresenssin intensiteetin sijaan. Vertailu tavanomaisen fluoresenssimikroskopian ja FLIM:n välillä osoittaa fluoresenssin eliniän merkittävät erot, jotka antavat tärkeää tietoa molekyyliympäristöstä ja energiansiirtoprosesseista. Esimerkiksi fluoresenssin eliniän lyheneminen voi viitata Försterin resonanssienergian siirtoon, mikä on tärkeää proteiinien vuorovaikutusten tutkimukselle.

Fluoresenssin elinikä ilmaisee keskimääräisen ajan, jonka molekyyli pysyy viritetyssä tilassa ennen kuin se palaa perustilaan. Tämä käyttöikä on kääntäen verrannollinen säteily- ja ei-säteilyprosessien vaimenemisnopeuksien summaan. Koska fluoresenssin elinikä riippuu väriaineen identiteetistä ja kemiallisesta ympäristöstä, tutkijat voivat käyttää tätä menetelmää luodakseen tarkkoja kuvia jokaisesta pikselistä.

Sovellukset ja innovaatiot

FLIM:n mittausmenetelmiä ovat pulssiherätys, jossa analysoidaan fluoresenssin ajallista heikkenemistä, sekä intensiteettimoduloitu heräte vaihesiirrolla. Herätyksen intensiteetti säädetään siten, että pulssia kohden voidaan havaita vain yksi fotoni. Yksittäisten mittausten histogrammien käyttö mahdollistaa fluoresenssin eliniän tarkan määrittämisen.

Teknologinen kehitys, joka näkyy tutkimuksessa Wikipedia sisältää huippuluokan kuva-anturien, kuten CCD-kameroiden ja lumivyöryvalodiodikenttien integroinnin havaitsemiseen, sekä ICCD-kameroiden käytön, jotka käyttävät kuvanvahvistimia herkistykseen. Nämä kehitystyöt edistävät ratkaisevasti mittaustarkkuuden ja niihin liittyvien sovellusten parantamista biolääketieteessä ja molekyylibiologiassa.