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使用對圖像的光學顯微學反對與解決方法一樣小像 0.5 毫微米

Published on July 14, 2010 at 8:01 PM

傳統觀念保持不可能使用光學顯微學 「看到」事一樣小作為單個分子。 但是科學再次翻轉了傳統觀念。 能源部長,諾貝爾獲獎者和勞倫斯伯克利國家實驗室 (伯克利實驗室) 史蒂文儲的前主任導致小於早先最好啟用使用光學顯微學對圖像對象或他們之間的距離與解決方法一樣小像 0.5 毫微米 - 十億分之一分之一儀表一半或者數量級技術的發展。

在左的圖形向顯示與有效的反饋系統關閉大約 0.3 像素或 19 毫微米解決方法偏差,但是與在解決方法的反饋系統被維護在更好比 0.01 像素或者大約 0.64 毫微米。 在右邊的圖像顯示單個青色素 (Cy) - Cy3 和 Cy5 - 用於的熒光染料分子標記 20 個基本對雙股的脫氧核糖核酸。

「這個能力獲得子毫微米解決方法在生物相關含水環境裡有潛在改革生物,特殊結構上的生物」,儲秘書說。 「其中一此的刺激工作,例如,是評定形成多域的蛋白質,高度複雜結構之間的距離,例如形成人力核糖核酸聚合酶 II 系統,啟動脫氧核糖核酸副本的蛋白質集合」。

儲秘書是現在出現於描述此研究的日記帳本質的文件的共同執筆者。 本文題為 「Subnanometre 單一分子本地化、註冊和距離評定」。 其他作者是亞裡山德羅斯 Pertsinidis,儲的研究小組的博士後和成員在加州大學 (UC) 伯克利,現在是一位助理教授在 Sloan-Kettering 學院和 Yunxiang 張,儲的在斯坦福大學的研究小組的成員。

根據叫作 「衍射極限的物理原理」,一個光學系統可能解決的最小的圖像是關於一半用於的光的波長導致該圖像。 對於常規光學,這對應於大約 200 毫微米。 比較起來,脫氧核糖核酸分子評定大約在寬度的 2.5 毫微米。

當非光學想像系統,例如電子顯微鏡,可能很好解決對象到 subnanometer 縮放比例時,這些系統在情況下運行不理想對生物範例的研究。 檢測各自的螢光標籤附有了生物分子利益使用電荷偶合器件 (CCDs) - 一些轉換接踵而來的光成電荷的硅片,一樣優良產生解決方法像五毫微米。 然而,直到現在此技術無法對圖像唯一分子或距離一個對分子之間少於 20 毫微米。

儲和他的共同執筆者能使用同一 CCD 熒光技術通過更正光的竅門解決與 subnanometer 精確度和準確性的距離。 在 CCD 列陣的電荷用是的充電的力量創建,當光子碰撞硅并且撞出電子時,按比例與事件光子的強度。 然而,根據精密地光子擊中硅片的表面的地方,可以有在這個光子如何被吸收,并且它是否上的一個輕微的區別生成可測量的充電。 在 CCD 硅列陣的回應的此不一致對接踵而來的光子,很可能是籌碼製造過程的人工製品,導致使難解決二點在一些毫微米互相內的弄髒像素。

「我們開發了任何地方在與亞像元精確度的 CCD 列陣允許我們安置一個唯一螢光分子的圖像,在區域小於 CCD 不一致的典型的三像素長度縮放比例反過來使我們從事的一個有效的反饋系統」,說 Pertsinidis,是本質文件的主要作者。 「與此反饋系統加上使用另外的光學射線穩定顯微鏡系統,我們可以創建在這個錯誤由於不一致減少到 0.5 毫微米的硅列陣的一個被校準的區域。 通過安置分子我們在我們可以獲得 subnanometer 解決方法使用一個常規光學顯微鏡您能在所有生物實驗室找到此區域的中心要評定」。

儲說這個能力移動顯微鏡小的距離的階段和計算幾何中心 (質心) 的這個圖像使成為可能不僅評定在像素之間的照片回應不一致,而且評定在每單個像素內的不一致。

「認識此不一致然後允許我們做在視位置和圖像的質量中心的實際位置的之間更正」,儲說。 「因為此不均勻的回應被建立到 CCD 列陣,并且每天不更改,我們有效的反饋系統重複允許我們對圖像在 CCD 列陣的同一個位置」。

Pertsinidis 繼續運作與儲和其他在此超解決方法技術的進一步發展和應用的組。 除人力核糖核酸聚合酶 II 系統之外,他和這個組使用它確定對細胞對細胞黏附力負責結合在一起使組織和其他生物材料上皮 cadherin 分子的結構。 Pertsinidis、張和另一 postdoc 在儲的研究小組,唱了 Ryul 公園,也使用此技術創建 3D 分子組織的評定在腦細胞裡面。

「這個想法是確定這個結構,并且發行神經元用於的神經傳送體分子互相溝通泡融合進程的動力」, Pertsinidis 說。 「我們現在獲得與大約 10 毫微米的解決方法的在原處評定,但是我們認為我們可以推進此解決方法到在之內二毫微米」。

在與喬灰色的協作,伯克利實驗室的生命科學的副主任和一位主導的癌症研究員, postdocs 在儲的研究小組也使用超解決方法技術學習信號分子的附件在 RAS 蛋白質的,與一定數量的癌症被鏈接了,包括那些這個乳房、胰腺、肺和冒號。 此研究可能幫助解釋在有些患者很好執行的癌症療法為什麼是無效的在其他。

除其生物應用之外, Pertsinidis、張和儲他們的本質文件的說他們的超解決方法技術應該也證明貴重物品分析和設計精確度測光想像系統在原子物理或天文,并且允許新工具在光學制版和 nanometrology。

國家衛生研究所,國家科學基金會、美國航空航天局和國防高級研究計劃局支持此研究。

Last Update: 26. January 2012 01:44

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