显微镜突破了分子“摆动”
六年前,诺贝尔化学奖授予三位科学家寻找方法来可视化的活细胞内的个别分子的途径。
现在,罗彻斯特大学的研究人员在法国和菲涅耳研究所已经找到一种方法来可视化这些分子在更大的细节,显示他们在3 d的位置和姿态,甚至如何摆动和振动。工作可能非常宝贵的见解生物过程,例如,当一个细胞和调节其功能的蛋白质反应导致COVID-19的病毒。
“当一个蛋白质改变形状,它使其他原子,提高生物过程,因此蛋白质的形状的变化对细胞内其他进程有巨大的影响,”苏菲Brasselet说,菲涅耳研究所所长,他与米格尔阿隆索和托马斯·布朗,光学在罗彻斯特的教授。
绰号CHIDO-for”协调、高度超分辨率成像抖动和取向”——技术是最新发表的一篇论文中描述自然通讯。设计和建造的主要作者瓦伦蒂娜Curcio,博士生Brasselet的集团和路易斯•Aleman-Castaneda博士生在阿隆索的小组,CHIDO精确在“纳米在位置和几度的取向”决定的参数单一分子,”研究小组的报告。
“这是光学的一个美女,”布朗说。“如果你有一个可以创建任何偏振状态的设备,那么你也有一种设备,它能分析只是对任何可能的偏振状态。”—Thomas Brown, professor of optics
用玻璃板受到统一的压力在其外围,设备可以创建和推断波长振荡变化时出现的极化分子荧光显微镜观察。这项新技术将单个分子的图像转换成一种扭曲的焦斑,这直接编码的形状更精确的3 d信息比以前的测量工具。实际上,CHIDO可以产生光束,每一个可能的偏振状态。
“这是光学的一个美女,”布朗说。“如果你有一个可以创建任何偏振状态的设备,那么你也有一种设备,它能分析只是对任何可能的偏振状态。”
强调工程光学玻璃
教授托马斯·布朗光学、持有板的玻璃已经设计了一个新的显微镜系统,可以在三维图像单个分子以及捕捉他们如何“摆动。“(罗切斯特大学图/ j .亚当窗口)
玻璃板起源于布朗的实验室的长期发展与不寻常的偏振光束的兴趣。专家阿隆索极化理论,与布朗方法来完善这个“非常简单但非常优雅的装置”和扩大其应用。在访问马赛,阿隆索描述板Brasselet,专家荧光和非线性成像的新仪器。Brasselet立即建议她工作的可能使用显微技术在图像单个分子。
“这是一个非常互补的团队,”Brasselet说。
20年
1873年,恩斯特阿贝规定,显微镜永远不会获得更好的分辨率比光的波长的一半。障碍站到诺贝尔奖得主埃里克Betzig和威廉Moerner-with他们的单分子显微镜和Stefan地狱受激发射损耗microscopy-found方法绕过它。
“由于他们的成就nanoworld光学显微镜可以窥视,”诺贝尔委员会2014年报告。
诺贝尔奖“失踪,随后几年的工作不仅能够准确地知道分子的位置,但是能够描述它的方向,尤其是它的运动在三维空间中,”布朗说。
事实上,布朗的解决方案,阿隆索,现在Brasselet 20年前描述有其起源。
从1999年开始,布朗和他的一个博士生,Kathleen Youngworth开始调查不寻常的光束不寻常的光学偏振模式显示,光学波的方向。一些梁表现出说话就像径向模式与有趣的属性。
Youngworth演示了在一个桌面,紧密关注时,光束指向任何方向表现出极化组件在三维空间中。
亚历克西斯Spilman沃格特,另一个博士生,然后与布朗在创建相同的影响通过应用压力的边缘玻璃量筒。布朗的妹夫,罗伯特•桑普森熟练模具专业,要求制造一些样品,适合金属环用共焦显微镜使用。
这涉及到加热的玻璃和金属环。“金属膨胀速度比玻璃加热时,”布朗说,“所以你可以加热玻璃和金属很热,插入玻璃中间的金属,当它冷却下来的金属会收缩并创建一个巨大的力量在玻璃的边缘。”
桑普森无意中应用更多的压力比要求的盘子。一旦他的妹夫递给他,布朗知道盘子里有不同寻常的特质。罗彻斯特集团推出了“压力工程光学”这个词来形容的元素,他们更多地了解了物理行为和数学,他们意识到windows路径可能是显微镜的解决全新的问题。
这是现在CHIDO的起源,碰巧,巧合的是,墨西哥俚语“酷”。
“当时亚历克西斯,我知道stress-engineered玻璃很有趣,很可能会有用的应用程序;我们只是不知道当时他们可能是什么,”布朗说。现在,多亏了他与阿隆索和Brasselet合作,他希望CHIDO将“捕捉想象力”该领域的其他研究人员,他们可以帮助进一步完善和应用技术。
这项研究是支持在美国国家科学基金会的资助下,法国的大学卓越计划,欧盟的地平线2020研究和创新计划,和CONACYT博士奖学金计划。
参考:布朗Curcio V, Aleman-Castaneda洛杉矶,TG, Brasselet S &马阿隆索。双折射傅里叶滤波的单分子坐标和高度超分辨率成像抖动和取向。Commun Nat。2020;11 (5307)。doi:10.1038 / s41467 - 020 - 19064 - 6
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