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光学物理学

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新显微镜可以制作微小的现场标本

23 Oct 2014
电影明星:一个原生动物动作电影

研究人员在美国,欧洲和日本开发了一种新的微观医生在不损害它们的情况下,在不损害它们的情况下在不损害它们的情况下更详细地进行更具细节的微观技术。该方法使用灯的相互作用束来产生超薄“light sheet”通过样本,仅照亮正在成像的样本的一部分。这最大限度地减少了由不必要的照明引起的组织损伤,并允许团队制作“movies”显示现场标本的时间演变。

The team is led by Eric Betzig 弗吉尼亚州霍华德休斯医学院,本月早些时候分享了 2014诺贝尔化学奖 对于超分辨率显微镜的发明,允许研究人员积累静态生物样品的纳米级图像。然而,Betzig现在已经远离了该技术。“There’s only so much you’再去学习–即使是最高分辨率的图片– from static images,” he explains. “The only way you’重新了解如何连接无生命的对象来动画生活是通过看电影。”

实时研究微小的活细胞是一个重大挑战,因为获得多重,快速,高分辨率图像所需的强烈照明可以改变生物学和化学过程甚至杀死细胞。传统的成像技术,如共聚焦显微镜通过样品将光锥体发送到图像平面中的微小焦点。然后将焦点扫过图像平面,并且光从待收集的样品中移出。问题是轻锥照亮–因此可能会损害–许多样本到图像的一个微小的地方。

薄光

光纸显微镜通过用垂直于成像方向的薄片光照明样品来绕过这个问题。纸张通过样品扫过以产生3D图像。该技术普及 Ernst Stelzer. 德国海德伯格欧洲分子生物学实验室的同事,首先在飞胚上使用它。不幸的是,难以生产薄薄的薄薄而不是约5 μm,而高分辨率显微镜的焦点约为1 μm。这意味着大多数通过样品的光线都会模糊图像而不是增强它。

Betzig和同事通过从多个方向照亮平面波来解决这个问题。这些波之间的干扰产生类似于的常驻波的薄光学晶格 用于捕获超级原子的格子。为了以最高的分辨率实现图像,研究人员在每个平面中取多了多个图像,在电子方式结合图像之前在平面上逐渐转换晶格。他们还开发了一种快速获取图像的技术,并且进入样本的光线较少。这涉及快速地来回旋转格子,导致平面有效均匀照明,仅1个 μ厚。使用这种后一种技术,我们能够在最多1000次录制的研究人员 每秒图像框架。

移动图片

研究人员使用了光学晶格显微镜,以获得新的洞察多种生物过程,例如细胞分裂期间线粒体片段和染色体的行为以及飞行和蠕虫胚胎的发展。通过调整其显微镜的帧速率,研究人员能够监测慢性胚胎过程,例如特定蛋白质的定位,因为胚胎分裂并增长,并且在孵化之前发生的更快的过程。

Stelzer,现任法兰克福的Buchmann分子生命科学研究所主任是深刻的印象,这是技术“允许我们使用较小的物体,如细胞,并获得一个非常好的分辨率,同时保持样本的可行性”.

发展生物学家 Pavel Tomancak. 德累斯顿的Max Planck分子细胞生物学和遗传学研究所同意。“It’S灯页范式的一种增量改进,” he says, “但本文通过表示这些壮观的应用程序销售自己。看着电影,我会说’s breathtaking!”

该研究发表在 科学.

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