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使用对图象的光学显微学反对与解决方法一样小象 0.5 毫微米

Published on July 14, 2010 at 8:01 PM

传统观念保持不可能使用光学显微学 “看到”事一样小作为单个分子。 但是科学再次翻转了传统观念。 能源部长,诺贝尔获奖者和劳伦斯伯克利国家实验室 (伯克利实验室) 史蒂文储的前主任导致小于早先最好启用使用光学显微学对图象对象或他们之间的距离与解决方法一样小象 0.5 毫微米 - 十亿分之一分之一仪表一半或者数量级技术的发展。

在左的图形向显示与有效的反馈系统关闭大约 0.3 象素或 19 毫微米解决方法偏差,但是与在解决方法的反馈系统被维护在更好比 0.01 象素或者大约 0.64 毫微米。 在右边的图象显示单个青色素 (Cy) - Cy3 和 Cy5 - 用于的荧光染料分子标记 20 个基本对双股的脱氧核糖核酸。

“这个能力获得子毫微米解决方法在生物相关含水环境里有潜在改革生物,特殊结构上的生物”,储秘书说。 “其中一此的刺激工作,例如,是评定形成多域的蛋白质,高度复杂结构之间的距离,例如形成人力核糖核酸聚合酶 II 系统,启动脱氧核糖核酸副本的蛋白质集合”。

储秘书是现在出现于描述此研究的日记帐本质的文件的共同执笔者。 本文题为 “Subnanometre 单一分子本地化、注册和距离评定”。 其他作者是亚里山德罗斯 Pertsinidis,储的研究小组的博士后和成员在加州大学 (UC) 伯克利,现在是一位助理教授在 Sloan-Kettering 学院和 Yunxiang 张,储的在斯坦福大学的研究小组的成员。

根据叫作 “衍射极限的物理原理”,一个光学系统可能解决的最小的图象是关于一半用于的光的波长导致该图象。 对于常规光学,这对应于大约 200 毫微米。 比较起来,脱氧核糖核酸分子评定大约在宽度的 2.5 毫微米。

当非光学想象系统,例如电子显微镜,可能很好解决对象到 subnanometer 缩放比例时,这些系统在情况下运行不理想对生物范例的研究。 检测各自的萤光标签附有了生物分子利益使用电荷偶合器件 (CCDs) - 一些转换接踵而来的光成电荷的硅片,一样优良产生解决方法象五毫微米。 然而,直到现在此技术无法对图象唯一分子或距离一个对分子之间少于 20 毫微米。

储和他的共同执笔者能使用同一 CCD 荧光技术通过更正光的窍门解决与 subnanometer 精确度和准确性的距离。 在 CCD 列阵的电荷用是的充电的力量创建,当光子碰撞硅并且撞出电子时,按比例与事件光子的强度。 然而,根据精密地光子击中硅片的表面的地方,可以有在这个光子如何被吸收,并且它是否上的一个轻微的区别生成可测量的充电。 在 CCD 硅列阵的回应的此不一致对接踵而来的光子,很可能是筹码制造过程的人工制品,导致使难解决二点在一些毫微米互相内的弄脏象素。

“我们开发了任何地方在与亚像元精确度的 CCD 列阵允许我们安置一个唯一萤光分子的图象,在区域小于 CCD 不一致的典型的三象素长度缩放比例反过来使我们从事的一个有效的反馈系统”,说 Pertsinidis,是本质文件的主要作者。 “与此反馈系统加上使用另外的光学射线稳定显微镜系统,我们可以创建在这个错误由于不一致减少到 0.5 毫微米的硅列阵的一个被校准的区域。 通过安置分子我们在我们可以获得 subnanometer 解决方法使用一个常规光学显微镜您能在所有生物实验室找到此区域的中心要评定”。

储说这个能力移动显微镜小的距离的阶段和计算几何中心 (质心) 的这个图象使成为可能不仅评定在象素之间的照片回应不一致,而且评定在每单个象素内的不一致。

“认识此不一致然后允许我们做在视位置和图象的质量中心的实际位置的之间更正”,储说。 “因为此不均匀的回应被建立到 CCD 列阵,并且每天不更改,我们有效的反馈系统重复允许我们对图象在 CCD 列阵的同一个位置”。

Pertsinidis 继续运作与储和其他在此超解决方法技术的进一步发展和应用的组。 除人力核糖核酸聚合酶 II 系统之外,他和这个组使用它确定对细胞对细胞黏附力负责结合在一起使组织和其他生物材料上皮 cadherin 分子的结构。 Pertsinidis、张和另一 postdoc 在储的研究小组,唱了 Ryul 公园,也使用此技术创建 3D 分子组织的评定在脑细胞里面。

“这个想法是确定这个结构,并且发行神经元用于的神经传送体分子互相沟通泡融合进程的动力”, Pertsinidis 说。 “我们现在获得与大约 10 毫微米的解决方法的在原处评定,但是我们认为我们可以推进此解决方法到在之内二毫微米”。

在与乔灰色的协作,伯克利实验室的生命科学的副主任和一位主导的癌症研究员, postdocs 在储的研究小组也使用超解决方法技术学习信号分子的附件在 RAS 蛋白质的,与一定数量的癌症被链接了,包括那些这个乳房、胰腺、肺和冒号。 此研究可能帮助解释在有些患者很好执行的癌症疗法为什么是无效的在其他。

除其生物应用之外, Pertsinidis、张和储他们的本质文件的说他们的超解决方法技术应该也证明贵重物品分析和设计精确度测光想象系统在原子物理或天文,并且允许新工具在光学制版和 nanometrology。

国家卫生研究所,国家科学基金会、美国航空航天局和国防高级研究计划局支持此研究。

Last Update: 12. January 2012 00:07

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