Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

画像への光学顕微鏡検査を使用して 0.5 ナノメーター小さい解像度と反対します

Published on July 14, 2010 at 8:01 PM

一般の通念は光学顕微鏡検査が 「見る」個々の分子程に小さい何かを使用することができないことを保持します。 しかし科学はもう一度ずっと一般の通念を転覆させています。 ローレンスバークレーの国立研究所 (バークレーの実験室) の、ノーベル賞受賞者そして前のディレクターエネルギー省長官はスティーブン儲画像の目的に光学顕微鏡検査または 0.5 ナノメーター - メートルの 1 十億分の一の 2 分の 1 小さい解像度とのその間の間隔の使用または前のベストより小さい一桁を可能にする技術の開発を導きました。

左のグラフは実行中のフィードバックシステムと約 0.3 ピクセルまたは 19 ナノメーターの解像度のドリフト消えているが、解像度のフィードバックシステムとよくより 0.01 ピクセル、か約 0.64 ナノメーターで維持されますことを示します。 権利の画像は個々の Cyanine に二重残された (Cy) DNA の 20 の基礎ペアを分類するのに使用される蛍光染料の分子を - Cy3 および Cy5 - 示します。

「生物学的に関連した水様の環境の副ナノメーターの解像度を得る機能生物学を革命化する潜在性があります特に構造生物学」、に秘書を言います儲。 「これのための刺激の 1 つ作業、 DNA のトランスクリプションを」。は始める、人間の RNAポリメラーゼ II システムを形作る蛋白質アセンブリのような例えば、複数の領域を形作る蛋白質、非常に複雑な構造間の間隔を、測定することでした

儲秘書は今この研究を記述するジャーナル性質で現われるペーパーの共著者です。 ペーパーはよばれます 「Subnanometre 単一分子ローカリゼーション、登録および間隔の測定と」。の 他の著者は今では Sloan-Kettering の協会に助教授である、および Yunxiang チャンのスタンフォード大学の儲の研究グループのメンバーです (UC) カリフォルニア大学に Alexandros Pertsinidis、儲の研究グループのポストドクターおよびメンバーバークレー。

「回折限界として知られている物理学の法則に従ってできる」解決光学系が最も小さい画像はその画像を作り出すのに使用されるライトの波長半分のについてあります。 慣習的な光学のために、これは約 200 ナノメーターに対応します。 比較すると、 DNA の分子は幅約 2.5 ナノメーターを測定します。

非光学イメージ投射システムが、電子顕微鏡のような subnanometer のスケールに、目的をよく解決できる間、これらのシステムは生物的サンプルの調査にとって理想的ではない条件の下で動作します。 個々の蛍光ラベルを検出することは料金つながれた装置を使用して興味の生物的分子に接続しました (CCDs) - 充電に入力ライトを変換するシリコンチップのアレイは 5 ナノメーター、解像度をうまくもたらしました。 ただし、今までこの技術は分子のペア間の画像の単一の分子か間隔にないです大いにより少しずっとより 20 ナノメーター。

儲および彼の共著者はライトのトリックの訂正によって subnanometer の精密および正確さの間隔を解決するのに同じ CCD 蛍光性の技術を使用できました。 CCD のアレイの充電は事件の光子の強度に比例している料金の強さと光子がケイ素を打ち、電子をずらすとき作成されます。 ただし、正確にによって光子がどのように吸収される、そしてかどうかにある測定可能な料金を生成するかわずかな相違が場合もあるか光子がシリコンチップの表面に当るところ。 入力光子へのおそらくチップ製造工程の人工物である CCD のケイ素のアレイの応答のこの不均等は互いの少数のナノメーターの内にある 2 ポイントを解決することを困難にするピクセルの汚れることで起因します。

「私達は私達がそれから私達が CCD の不均等の典型的な 3 つのピクセル長さスケールより小さい領域ではたらくことを可能にする副ピクセル精密の CCD のアレイに単一の蛍光分子の画像をどこでも置くことを可能にする実行中のフィードバックシステムを」言います性質のペーパーの主執筆者である Pertsinidis を開発しました。 「顕微鏡システムを安定させる追加光学ビームの使用とこのフィードバックシステムと私達は不均等によるエラーが 0.5 ナノメーターに減るケイ素のアレイの目盛りを付けられた領域を作成してもいいです。 分子を置くことによって私達は私達があなたがあらゆる生物学実験室で」。見つけることができる慣習的な光学顕微鏡を使用して subnanometer の解像度を得てもいいこの領域の中心で測定したいと思います

儲は顕微鏡の小さい間隔の段階を移動し、画像の幾何学的な中心 (図心) を計算する機能がピクセル間の写真応答の不均等しか測定しないことを可能にするまた各々の個々のピクセル内の不均等を測定するためにと言います。

「この不均等を知っていることはそれから私達が画像の図心の見込み位置可能にしますと実質の位置間の訂正をすることを」儲を言います。 「この均一でない応答が CCD のアレイに構築され、一日一日と変更しないので、私達の実行中のフィードバックシステムは CCD のアレイの同じ位置で画像に繰り返し可能にします私達を」。

Pertsinidis は儲およびこの超解像度の技術のそれ以上の開発そしてアプリケーションのグループの他と働き続けています。 人間の RNAポリメラーゼ II システムに加えて、彼およびグループはティッシュおよび他の生物的材料を合わせるセルにセル付着に責任がある上皮性の cadherin の分子の構造を定めるのにそれを使用しています。 儲の研究グループの Pertsinidis、チャンおよび別の postdoc はまた、 Ryul 公園を、使用しています脳細胞の中の分子構成の 3D 測定を作成するのにこの技術を歌いました。

「考え構造を定めることであり、互いに通信するのにニューロンによって使用される神経伝達物質の分子を解放する小胞の融合プロセスの原動力」はと Pertsinidis は言います。 「今私達は約 10 ナノメーターの解像度のそのままの測定を得ていますが、私達が中 2 ナノメーターに」。この解像度を押してもいいことを考えます

ジョーの灰色の共同では、生命科学のためのバークレーの実験室のアソシアトディレクターおよび一流癌の研究者、儲の研究グループの postdocs はまた胸、膵臓、肺およびコロンのそれらを含むいくつかの癌に、リンクされた RAS 蛋白質のシグナリング分子の接続機構を調査するのに超解像度の技術を使用しています。 この研究は何人かの患者でよく行う癌療法が他で非効果的なぜのであるか説明を助けることができます。

生物的アプリケーションに加えて、性質のペーパーの Pertsinidis、チャンおよび儲は精密原子物理学または天文学の測光イメージ投射システムを特徴付け、設計すると超解像度の技術がまた貴重品が証明するべきである言い光リトグラフィおよび nanometrology ことをの新しいツールを可能にする。

この研究は健康のある各国用協会、全米科学財団、 NASA および米国国防総省高等研究計画局によってサポートされました。

Last Update: 12. January 2012 00:17

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit