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छवि ऑब्जेक्ट्स के रूप में 0.5 नैनोमीटर के रूप में छोटे संकल्प के साथ ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग

Published on July 14, 2010 at 8:01 PM

पारंपरिक ज्ञान रखती है कि ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी "देख" एक व्यक्ति अणु के रूप में छोटे के रूप में कुछ नहीं किया जा सकता है. लेकिन विज्ञान के एक बार फिर पारंपरिक ज्ञान पलट गया है. सचिव ऊर्जा, नोबेल पुरस्कार विजेता और के पूर्व निदेशक लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला (बर्कले लैब) स्टीवन चू है कि छवि वस्तुओं या 0.5 नैनोमीटर के रूप में छोटे के रूप में संकल्प के साथ उन दोनों के बीच दूरी को ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग सक्षम बनाता है एक तकनीक के विकास का नेतृत्व किया - एक मीटर, या पिछली सर्वश्रेष्ठ से छोटा परिमाण के एक आदेश की billionth के एक आधा.

बाएँ से पता चलता है कि सक्रिय प्रतिक्रिया बंद प्रणाली के साथ पिक्सल के बारे में 0.3 या 19 नैनोमीटर का एक संकल्प के बहाव, लेकिन संकल्प पर प्रतिक्रिया प्रणाली के साथ है पर ग्राफ़ 0.01 बेहतर अधिक पिक्सल, या के बारे में 0.64 नैनोमीटर पर बनाए रखा है. छवि पर Cy3 और Cy5 - 20 डबल असहाय डीएनए के आधार जोड़े लेबल किया ठीक से पता चलता व्यक्ति Cyanine (Cy) फ्लोरोसेंट डाई अणु.

"Biologically प्रासंगिक जलीय वातावरण में उप nanometer संकल्प को प्राप्त करने की क्षमता के लिए जीव विज्ञान में क्रांतिकारी बदलाव, विशेष रूप से संरचनात्मक जीव विज्ञान की क्षमता है" सचिव चू कहते हैं. "इस काम के लिए की मंशा के, उदाहरण के लिए, प्रोटीन है कि बहु - डोमेन, जैसे कि मानव शाही सेना पोलीमरेज़ द्वितीय प्रणाली है, जो डीएनए प्रतिलेखन शुरू रूपों प्रोटीन विधानसभा अत्यधिक जटिल संरचना, फार्म के बीच दूरी को मापने था."

सचिव चू अब जर्नल नेचर कि इस शोध का वर्णन में प्रदर्शित होने कागज के सह लेखक है. कागज "Subnanometre स्थानीयकरण एकल अणु, पंजीकरण और दूरी माप शीर्षक है." अन्य लेखकों Alexandros Pertsinidis, एक के बाद डॉक्टरेट शोधकर्ता और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के बर्कले (यूसी), जो अब स्लोअन-Kettering संस्थान में एक सहायक प्रोफेसर चू के अनुसंधान समूह के सदस्य, और Yunxiang जांग, चू अनुसंधान के एक सदस्य हैं स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में समूह.

"विवर्तन सीमा," छोटी छवि है कि एक ऑप्टिकल प्रणाली को हल कर सकते हैं के बारे में आधा है कि छवि का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया प्रकाश की तरंग दैर्ध्य है के रूप में जाना जाता है भौतिकी के एक कानून के अनुसार. पारंपरिक प्रकाशिकी के लिए, यह लगभग 200 नैनोमीटर से मेल खाती है है. तुलना करके, एक डीएनए अणु चौड़ाई में 2.5 नैनोमीटर के बारे में उपाय.

जबकि गैर ऑप्टिकल इमेजिंग सिस्टम, जैसे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप subnanometer पैमाने में अच्छी तरह से वस्तुओं को हल कर सकते हैं, इन प्रणालियों जैविक नमूनों के अध्ययन के लिए आदर्श नहीं है शर्तों के अधीन कार्य करते हैं. व्यक्तिगत फ्लोरोसेंट प्रभारी युग्मित डिवाइस (CCDs) का उपयोग करते हुए हित के जैविक अणुओं के लिए संलग्न लेबल का पता लगाने - सिलिकॉन चिप है कि एक बिजली के प्रभारी में आने वाली प्रकाश में परिवर्तित के arrays, के रूप में पांच नैनोमीटर के रूप में ठीक संकल्प झुकेंगे. हालांकि, अब तक इस तकनीक छवि एकल अणुओं या अणुओं की एक जोड़ी के बीच दूरी करने में असमर्थ किया गया है 20 नैनोमीटर से बहुत कम है.

चू और उसके सह लेखक सीसीडी प्रतिदीप्ति उसी तकनीक का उपयोग करने के लिए प्रकाश की एक चाल को सही subnanometer सटीक और सटीकता के साथ दूरी को हल करने में सक्षम थे. एक सीसीडी सरणी में विद्युत शुल्क जब photons सिलिकॉन हड़ताल और इलेक्ट्रॉनों को बेदखल घटना फोटॉनों की तीव्रता के लिए आनुपातिक जा रहा है प्रभारी की ताकत के साथ बनाया जाता है. हालांकि, ठीक है जहां एक फोटान एक सिलिकॉन चिप की सतह हिट पर निर्भर करता है, वहाँ कैसे फोटॉन लीन है कि क्या यह एक औसत दर्जे का आरोप उत्पन्न में एक मामूली अंतर किया जा सकता है. आने वाले फोटॉनों, जो शायद चिप निर्माण की प्रक्रिया का एक artifact है पिक्सल है कि यह मुश्किल को हल करने के लिए दो अंक है कि एक दूसरे के कुछ नैनोमीटर के भीतर हैं बनाता है एक धुंधला में परिणाम के लिए सीसीडी सिलिकॉन सरणी के जवाब में यह गैर एकरूपता .

"हम एक सक्रिय प्रतिक्रिया प्रणाली है कि हमें एक एक फ्लोरोसेंट अणु की छवि जगह के उप पिक्सेल परिशुद्धता के साथ सीसीडी सरणी है, जो बारी में हमें एक ठेठ तीन पिक्सेल लंबाई पैमाने पर की तुलना में छोटे क्षेत्र में काम करने के लिए सक्षम बनाता है पर कहीं भी अनुमति देता है विकसित किया है सीसीडी गैर - एकरूपता के Pertsinidis, जो प्रकृति कागज पर प्रमुख लेखक है, "कहते हैं. "इस राय प्रणाली प्लस अतिरिक्त ऑप्टिकल बीम का उपयोग करने के लिए खुर्दबीन प्रणाली को स्थिर करने के साथ, हम सिलिकॉन सरणी जहां गैर एकरूपता के कारण त्रुटि 0.5 नैनोमीटर कम है पर हम अणुओं को मापने चाहते रखकर एक calibrated क्षेत्र बना सकते हैं. हम इस क्षेत्र के केंद्र में subnanometer संकल्प का उपयोग कर एक पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप है कि आप किसी भी जीव विज्ञान प्रयोगशाला में पा सकते हैं प्राप्त कर सकते हैं. "

चू का कहना है कि के लिए एक खुर्दबीन छोटी दूरी के मंच को स्थानांतरित करने के लिए और छवि के ज्यामितीय केंद्र (केन्द्रक) की गणना करने की क्षमता बनाता है यह संभव ही तस्वीर प्रतिक्रिया पिक्सल के बीच गैर एकरूपता उपाय नहीं करने के लिए, लेकिन यह भी गैर एकरूपता उपाय प्रत्येक व्यक्ति पिक्सेल के भीतर.

चू कहते हैं, "इस गैर एकरूपता को जानने का तो हमें स्पष्ट स्थिति और छवि केन्द्रक की वास्तविक स्थिति के बीच सुधार करने के लिए अनुमति देता है". "चूंकि यह गैर वर्दी प्रतिक्रिया सीसीडी सरणी में बनाया है और दिन से दिन में बदल नहीं है, हमारे सक्रिय प्रतिक्रिया प्रणाली छवि के लिए हमें बार बार सीसीडी सरणी के एक ही स्थान पर अनुमति देता है

Pertsinidis समूह में चू और दूसरों के साथ आगे और सुपर संकल्प इस तकनीक के विकास के आवेदन पर काम जारी है. मानव शाही सेना पोलीमरेज़ द्वितीय प्रणाली के अलावा, वह और समूह का उपयोग कर रहे हैं उपकला cadherin अणुओं है कि सेल करने वाली कोशिका आसंजन है कि ऊतक और अन्य जैविक सामग्री के साथ धारण के लिए जिम्मेदार हैं की संरचना निर्धारित करने के लिए. Pertsinidis, जांग, और दूसरे postdoc चू अनुसंधान समूह में, Ryul पार्क गाया भी इस तकनीक का उपयोग करने के लिए मस्तिष्क की कोशिकाओं के अंदर आणविक संगठन के 3 डी माप को बनाने के.

"विचार करने के लिए संरचना और गतिशीलता और पुटिका संलयन की प्रक्रिया है कि neurotransmitter न्यूरॉन्स द्वारा इस्तेमाल के लिए एक दूसरे के साथ संवाद अणुओं विज्ञप्ति के निर्धारित है," Pertsinidis कहते हैं. "अभी हम के बारे में 10 नैनोमीटर का एक संकल्प के साथ स्वस्थानी माप में हो रही है, लेकिन हमें लगता है कि हम दो नैनोमीटर के भीतर इस संकल्प को धक्का कर सकते हैं."

चू अनुसंधान समूह में, बर्कले लैब जीवन विज्ञान के लिए एसोसिएट निदेशक और एक अग्रणी कैंसर शोधकर्ता, जो ग्रे के साथ सहयोग में postdocs भी संकल्प सुपर तकनीक का उपयोग कर रहे हैं रास प्रोटीन है, जो से जोड़ा गया है पर संकेतन अणुओं की कुर्की का अध्ययन स्तन, अग्न्याशय, फेफड़े, और पेट के उन सहित, कैंसर की एक संख्या. इस शोध में मदद कर सकता है समझाने के लिए क्यों कैंसर उपचार है कि कुछ मरीजों पर अच्छा प्रदर्शन दूसरों पर अप्रभावी हैं.

अपनी जैविक अनुप्रयोगों के अलावा, Pertsinidis जांग, और उनके प्रकृति समाचार पत्र में चू का कहना है उनके संकल्प सुपर तकनीक भी विशेषताएँ और परमाणु भौतिकी या खगोल विज्ञान में परिशुद्धता भामिति इमेजिंग सिस्टम डिजाइन के लिए मूल्यवान साबित करना चाहिए, और ऑप्टिकल लिथोग्राफी और nanometrology में नए उपकरणों के लिए अनुमति .

इस शोध राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान, राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन, नेशनल एयरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन, और रक्षा एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एजेंसी द्वारा समर्थित किया गया था.

Last Update: 10. October 2011 11:36

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