(加州理工学院)加州理工学院的研究人员已经开发出一种新的显微镜技术,允许科学家同时观察单分子和阅读它们的化学信息。一个描述和演示的技术最近发表在《华尔街日报》自然光子学。
传统的显微镜的局限性
科学家们已经获得极其强大的显微镜。他们是否想研究细胞与传统光学显微镜或纳米晶体和结构用扫描电子显微镜(SEM),有选项。
虽然这些成像技术使科学家某些对象是什么样子的好主意,他们不能做得更多。
为了设计一个新的显微镜技术,将更多的信息到科学家们的手中,加州理工学院的研究人员开始尝试两个常见的实验室技术相结合的可能性——振动光谱和荧光显微镜——创建一个新的和改进的显微镜方法。
振动光谱是一种流行的技术在现代化学实验室。方法取决于这样一个事实,即在分子中原子之间的化学键不是固定的,他们可以拉伸,压缩来回和岩石。根据所涉及的原子和键的类型(单键、双键等),这些动作将发生在不同的频率特征。至关重要的是,当一个分子接触红外辐射,它会吸收一些特征频率的辐射,使组成和分子结构的拼凑。
荧光显微法是另一种技术,是现代实验室高度青睐,特别是在生物学和生物医学科学领域。通过“标签”物质具有独特的荧光化学发光标记在独特的颜色成像时,荧光显微镜可以让科学家访问更多的对比模式比传统的显微镜。
虽然这两个技术是非常有用的在各自的领域,他们也有可能是相辅相成的。荧光显微法允许科学家观察到单分子,但不提供任何额外的化学信息。振动显微镜有相反的效果,提供丰富的化学知识,但只有当分子被研究在大量存在。
加州理工学院的研究人员在他们的新论文,结合这两种技术使科学家开始打破这些障碍,更详细地查看单分子。
“与我们的新显微镜,我们现在可以想象单分子振动的对比,与现有技术挑战,”评论研究的合著者和化学工程研究生,Dongkwan李。
介绍了篝火技术
这项新技术已经被命名为“篝火”研究小组,这是简称bond-selective fluorescence-detected infrared-excited spectro-microscopy。
在篝火的方法,样品是第一次与荧光染料染色以附加荧光标记的分子。样品被轰炸的红外光脉冲,这是一个精确的频率,将激发一个特定的原子键的荧光标记。一旦债券只兴奋了一个红外线光子,第二个高能脉冲辐射射杀的样本,从而发出荧光,发光显微镜能被探测到的。用这种方法,研究人员说,显微镜可以形象的整个细胞或单个分子。
“我们正着迷于这种光谱过程,兴奋地把它变成一个现代bioimaging小说工具,”说Haomin王研究的作者之一、博士后学者研究助理在化学。“在过去的三年里,我们一直在冒险来构建定制的篝火显微镜和获得更深的理解在这个光谱过程,进一步帮助我们优化每个组件在我们的设置达到性能有了。”
彩色的标签添加另一层的理解
除了描述他们的新技术,研究人员还演示使用的灵活性在新的纸上。——例如,他们强调如何同位素原子的中子数不同的同一元素,因此可以使用不同的质量,进一步区分不同的目标生物分子。
因为同位素有不同质量,化学键的振动特点,原子将会有一个稍微不同的频率比正常。通过将荧光染料分子包含不同的同位素的各种目标分子,科学家们有可能有效地“经过”的不同成分,他们正在寻找。
“与传统荧光显微镜,只能分辨一些颜色,篝火使用红外光激发不同的化学键和产生振动的彩虹颜色,”说首席研究员和助理化学教授陆魏。“你可以从许多不同的目标标签和图像相同的样本,揭示了分子的生物多样性在惊人的细节。我们希望能够展示的颜色的成像能力活细胞在不久的将来。”
参考:王,李D,曹Y, et al . Bond-selective与单分子荧光成像技术的敏感度。Nat光子。2023年6月29日在线发表。doi:10.1038 / s41566 - 023 - 01243 - 8
这篇文章是一个返工的新闻稿发行的加州理工学院(加州理工学院)。材料已经编辑的长度和内容。
