freepay, Freepay, freepay.ir, فری پی, درگاه پرداخت
تبلیغات
فال, فال های وتار, فال وتار, faal, fal, wtaar, faal wtaar


اکنون به حد نهایت تکنولوژی میکروسکوپ نوری رسیده‌ایم، یعنی قدرت میکروسکوپ‌های نوری تا اندازه‌ای افزایش یافته است که در حال حاضر می‌توانیم یک به یک مولکول‌ها را از هم تشخیص دهیم؛ مولکول‌هایی که فاصله‌ی بسیار کمی از یکدیگر دارند. دانشمندان دپارتمان شیمی بیوفیزیک از انستیتو مکس‌پلانک در شهر گوتینگن آلمان، به سرپرستی دانشمند برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، استفان هل، اکنون به چیزی دست یافته‌اند که تا مدت‌ها ناممکن تصور می‌شد؛ آن‌ها توانستند با ساخت یک میکروسکوپ فلورسنس با نام MINFLUX، برای اولین بار از مولکول‌ها به‌صورت منفرد عکس‌برداری کنند؛ مولکول‌هایی که تنها به اندازه‌ی چند نانومتر (یک میلیونیوم متر) از یکدیگر فاصله دارند.

این میکروسکوپ نسبت به میکروسکوپ‌های نوری معمولی صد برابر قوی‌تر است و حتی نسبت به بهترین روش‌های ساخت میکروسکوپ با رزولوشن بالا، یعنی STED و PALM/STORM نیز ۲۰ برابر وضوح بالاتری دارد؛ روش میکروسکوپ STED قبلا توسط خود استفان هل توسعه داده شده بود و همچنین PALM/STORM نیز حاصل تلاش‌های دانشمند برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، اریک بتزیگ است. برای ساخت MINFLUX، هل و همکاران او مزیت‌های دو روش STED و PALM/STORM را با یکدیگر ترکیب کردند و مفهوم جدیدی توسعه دادند. این اختراع بزرگ می‌تواند فرصت‌های جدیدی برای بررسی جریان زندگی در سطح نانو برای محققان ایجاد کند. استفان هل، مدیر دپارتمان شیمی بیوفیزیک از انستیتو ماکس پلانک، در این باره می‌گوید:

ما توانستیم با استفاده از میکروسکوپ MINFLUX به‌ وضوحِ نانومتری دست یابیم و این وضوح در واقع حد نهایت توانمندی میکروسکوپ‌های فلورسنس است. من معتقدم که میکروسکوپ‌های MINFLUX این پتانسیل را دارند که به یکی از کلیدی‌ترین ابزارهای مورد استفاده در علم شیمی بیوفیزیکی تبدیل شوند. ما با استفاده از این تکنیک قادر خواهیم بود از سلول‌های زنده در سطح نانومتری نقشه‌برداری کنیم و فرآیند‌های سریع داخل آن‌ها را به‌صورت واقعی رصد کنیم. این موضوع می‌تواند انقلابی در علوم مربوط به فرآیندهای مولکولی داخل سلول‌های زنده ایجاد کند.

استفان هل که عضو دپارتمان تحقیقات پزشکی مکس‌ پلانک نیز بوده است و در مرکز تحقیقات سرطان آلمان نیز فعالیت دارد، از مدت‌ها پیش بر این باور بود که می‌توان با استفاده از روش سنتی تاباندن نور متمرکز و استفاده از لنز‌های مرسوم، وضوح میکروسکوپ‌های نوری را تا حد ابعاد مولکولی افزایش داد.

در واقع، فیزیکدانی به نام ارنست اَبِی در سال ۱۸۷۳ بیان کرده بود که وضوح میکروسکوپ‌های نوری به طول موج نور بستگی دارد و در دنیای واقعی، وضوح تصویر نمی‌تواند بیشتر از نصف طول موج نور، یعنی ۲۰۰ نانومتر باشد. این نظریه به مدت بیش از صد سال اعتبار خود را حفظ کرده بود. با این حال، استفان هل اولین فردی بود که با توسعه‌ی میکروسکوپ STED ثابت کرد می‌توان از این حد نیز فراتر رفت. هل در سال ۱۹۸۹ این تکنیک را به‌صورت نظری معرفی کرد و پنج سال بعد، در سال ۱۹۹۴ توانست کارایی روش خود را به‌صورت آزمایشگاهی ثابت کند.

روش میکروسکوپ PALM/STORM چند سال بعد از STED معرفی شد. این دو تکنیک در عمل می‌توانند به وضوح ۲۰ تا ۳۰ نانومتری دست یابند که حدودا ۱۰ مرتبه بهتر از محدودیت مطرح‌شده توسط ارنست ابی بود. استفان هل، اریک بتزیگ و ویلیام مورنر به دلیل توسعه‌ی این تکنیک‌های میکروسکوپ نوری با وضوح بسیار بالا، موفق به دریافت جایزه‌ی نوبل ۲۰۱۴ در رشته‌ی شیمی شدند.

مزایای ترکیب روش‌های STED و PALM/STORM

هر دو تکنیک STED و PALM/STORM به یک روش کار می‌کنند؛ آن‌ها با روشن و خاموش کردن پی‌درپی نور فلورسنس ساطع‌شده از مولکول‌های مجاور، باعث انتشار متوالی فلورسنس می‌شوند و به این ترتیب مولکول‌ها از یکدیگر تشخیص و تمایز داده می‌شوند. با این حال، این دو روش از یک جهت با یکدیگر تفاوتی بنیادی دارند: در روش میکروسکوپ STED، از یک پرتوی نور با سطح مقطع حلقه‌ای‌شکل برای روشن و خاموش کردن فلورسانس مولکول‌ها در یک نقطه‌ی ثابت و مشخص و در همه جای منطقه‌ی فوکوس شده (به‌جز مرکز حلقه) استفاده می‌شود. مزیت روش یادشده در این است که پرتوی حلقوی، مکان فضایی دقیق مولکول‌ تابنده را مشخص می‌کند؛ اما ایراد تکنیک اخیر هم به این صورت است که این پرتوی نور حلقه‌ای‌شکل به اندازه‌ای قوی نیست که نور منتشرشده را به یک تک‌مولکول در مرکز حلقه محدود کند.

وضوح میکروسکوپ

از طرف دیگر، در مورد تکنیک میکروسکوپ PALM/STORM، نکته‌ی جالبی وجود دارد؛ باید دقت کنیم که در روش دوم، روشن و خاموش کردن فلورسنس به‌صورت اتفاقی و در ابعاد تک‌مولکول اتفاق می‌افتد. مزیت PALM/STORM این است که می‌تواند نور را به یک مولکول تنها منحصر کند؛ اما نقطه‌ی ضعف تکنیک دوم در این است که موقعیت دقیق مولکول در فضا مشخص نیست. برای یافتن موقعیت دقیق مولکول، باید تا جایی که ممکن است فوتون‌های فلورسنس توسط دوربین ثبت شوند، در واقع در این روش برای رسیدن به وضوح ۱۰ نانومتری، به جمع‌آوری بیش از ۵۰ هزار فوتون نیاز است. بنابراین در عمل هیچ‌کدام از این تکنیک‌ها به‌طور معمول نمی‌توانند به رزولوشن در ابعاد مولکولی (نانومتری) دست یابند.

از این‌رو استفان هل این ایده را مطرح کرد که نقاط قوت دو روش با یکدیگر ترکیب شود تا بتوان به عکسی با رزولوشن نانومتری دست یافت. او در این مورد توضیح می‌دهد:

این کار اصلا آسان نبود. اما همکاران من، فرانسیسکو بالزاروتی، ایوان ایلرز و کلاوس گووش، برای عملی‌ کردن این ایده تلاش‌ زیادی کردند.

این تکنیک میکروسکوپ با نام MINFLUX توسط استفان هل و سه دانشمند نامبرده در ژورنال Science برای اولین بار معرفی شد. تکنیک MINFLUX، همانند PALM/STORM به‌صورت تصادفی مولکول‌ها را روشن و خاموش می‌کند؛ با این حال، هم‌زمان مکان دقیق مولکول نیز توسط پرتوی نور با سطح مقطع حلقوی، مشخص می‌شود. برعکس تکنیک STED، پرتوی حلقه‌ای‌شکل باعث برانگیزش انتشار فلورسنس می‌شود. اگر مولکول در حلقه‌ی نور قرار گیرد، روشن می‌شود و شروع به تابش می‌کند؛ اما اگر دقیقا در مرکز پرتو و در قسمت تاریک آن باشد، روشن نمی‌شود و به این ترتیب مکان دقیق آن به دست می‌آید. فرانسیسکو بالزارتی با توسعه‌ی یک الگوریتم پیچیده توانست مکان مولکول را با دقت و سرعت بالا شناسایی کند. این دانشمند جوان می‌گوید:

با استفاده از این الگوریتم می‌توانیم نهایت استفاده را از پرتوی نور حلقوی ببریم. زمانی که برای اولین بار توانستیم با استفاده از MINFLUX جزئیات را در حد نانومتر تشخیص دهیم، حس بسیار عجیبی به ما دست داد.

۱۰۰ برابر وضوح بهتر

علاوه بر وضوح بالای به‌دست‌آمده توسط ترکیب دو تکنیک STED و PALM/STORM، میکروسکوپ MINFLUX یک مزیت بزرگ دیگر نیز دارد. استفان هل در این ارتباط چنین توضیح می‌دهد:

MINFLUX نسبت به دو تکنیک دیگر بسیار سریع‌تر است. از آنجایی که در این روش از پرتوی نور حلقوی با مرکز تاریک استفاده می‌شود، نور کمتری تابانده می‌شود؛ به این معنی که در مقایسه با روش PALM/STORM برای به دست آوردن وضوح بالا به فوتون‌های کم‌تری نیاز است.

هم‌اکنون با استفاده از روش میکروسکوپ STED می‌توان ویدیو‌هایی با زمان واقعی (با سرعت اصلی سیر اتفاقات) به دست آورد. اما با ابداع روش جدید میکروسکوپ نوری می‌توان چنین ویدیو‌هایی را در ابعاد مولکولی و با وضوح ۱۰۰ برابر بهتر نسبت به STED تهیه کرد. آن‌طور که ایلرز می‌گوید، او توانسته است برای اولین بار با استفاده از MINFLUX از حرکت مولکول‌های داخل باکتری زنده‌ی E. coli با رزولوشن بسیار بالایی فیلم بگیرد. ایلرز می‌گوید:

تا جایی که بحث سرعت مطرح است، ما هنوز از  نهایت پتانسیل MINFLUX استفاده نکرده‌ایم.

محققان بر این باورند که در آینده می‌توان حتی از سریع‌ترین فرآیندها و تغییرات داخل سلول‌های زنده، همچون جابه‌جایی نانوماشین‌های سلولی یا تا‌شدگی پروتئین‌ها تصویربرداری کرد.

منبع : Zoomit ارسال به :
انتشار : دوشنبه ۱۳ دی ۱۳۹۵ - ۱۳:۴۵:۳۱ دیده شده : ۶بار نویسنده : admin
دیدگاه شما در مورد این مطلب پس از تایید نویسنده سایت نمایش داده خواهد شد
آخرین مطالب
تبلیغات
آمار وتار
  • تعداد مطالب : ۱۳۹۳۱۱
  • تعداد نظرات : ۲۲۵۴
  • تعداد حاضران : ۱۸۲
  • آخرین بروزرسانی : ۲ هفته پيش
تبلیغات
دیگران می خوانند
تبلیغات
آخرین جستجوها