MIT'deki Sam Peng laboratuvarındaki araştırmacılar, bilim insanlarının moleküler yapıları sub-angstrom seviyesinde yerelleştirme hassasiyetiyle görselleştirmesine olanak tanıyan çığır açan bir süper çözünürlük görüntüleme teknolojisi geliştirdiler. Bu teknoloji, standart floresan boyaların nanometre sınırlarının üç sıralı büyüklükte ötesinde bir hassasiyet sunarken, görüntüleme sürecini de büyük ölçüde basitleştiriyor.
Geleneksel boyaların aydınlatma altında hızla solması ve veri toplama süresini sınırlamasının aksine, U-STORM (Yukarı Dönüşüm Destekli Stokastik Optik Yeniden Yapılandırma Mikroskobu) adı verilen bu platform, kendiliğinden ve sonsuz bir şekilde yanıp sönen yeni bir sınıf kompozisyon mühendisliği ile tasarlanmış yukarı dönüşüm nanoparçacıklarını (UCNP'ler) kullanıyor.
Bu çalışma, hem optik malzemelerde hem de biyolojik görüntülemede temel bir değişimi temsil ediyor. Çalışmanın açık erişim tanımı 27 Temmuz'da Nature Nanotechnology'de yayınlandı.
Onlarca yıllık bir paradigmayı alt üst etmek
On yıllardır, bilim camiası yukarı dönüşüm nanoparçacıklarını tamamen fotostabil ve yanıp sönmeyen olarak kabul ediyordu. STORM gibi yerelleştirme tabanlı süper çözünürlük mikroskobu teknikleri, yakın bir şekilde paketlenmiş molekülleri ayırt etmek için tamamen ışık yayıcıların stokastik "yanıp sönme" (açık ve kapalı durumlar arasında geçiş yapma) yeteneğine dayanıyordu, bu nedenle UCNP'ler tarihsel olarak bu tür görüntüleme için uygun görülmemişti.
“Laboratuvarımız bu sınırlamaları aşmaya uzun zamandır ilgi duyuyor,” diyor Peng. “Çalışmamıza şu soruyla başladık: Uzun süreli, çok renkli, kullanımı basit ve görüntüleme tamponları veya ek optik kontrol kullanmadan son derece yüksek yerelleştirme hassasiyeti elde edebilen bir süper çözünürlük görüntüleme platformu geliştirebilir miyiz?”
Nanoparçacık kompozisyonunu titizlikle kontrol ederek, MIT ve Broad Institute ekibi bu küçük (~10nm) çekirdek-kabuk parçacıklarının sürekli yakın kızılötesi uyarım altında kendiliğinden yanıp sönmeye ikna edilebileceğini keşfetti. Dikkate değer bir şekilde, bu yanıp sönme davranışı karmaşık görüntüleme tamponları, oksijen alıcıları veya dış optik modülasyon gerektirmeden sonsuz bir şekilde devam ediyor.
U-STORM’un önemli atılımları
Bir angstrom, kimyagerlerin atomik seviyedeki boyutları ve mesafeleri ölçmek için kullandığı küçük bir ölçü birimidir. U-STORM’un sonsuz bir şekilde yanıp sönme yeteneği, araştırmacılara aynı parçacıktan 88,000'den fazla yerelleştirme olayı toplama fırsatı sunarak yerelleştirme hassasiyetini eşi benzeri görülmemiş bir şekilde 0.6 Å'ye kadar keskinleştirdi.
Geleneksel çok renkli süper çözünürlük görüntülemenin, birden fazla pahalı lazer ve titiz optik hizalama gerektirdiği göz önüne alındığında, U-STORM yalnızca bir yakın kızılötesi lazerle çalışabilir; bu lazer, farklı renkler yayan nanoparçacıkları aynı anda uyarır. Bu, bir deneyin karmaşıklığında büyük bir azalma sağlar.
Birden fazla renkli görüntüler elde etmek için, U-STORM görüntüleri ardışık olarak birden fazla turda yakalamak yerine, birden fazla rengi aynı anda yakalar. Araştırmacılar, bu durumu biyolojik örneklerde epidermal büyüme faktörü reseptör dimerlerini ve multimelerini fizyolojik koşullar altında herhangi bir özel görüntüleme tamponu kullanmadan haritalayarak başarıyla göstermiştir.
Daha geniş etki
Mikroskopi sınırlarını genişletmenin ötesinde, bu araştırma lanthanid nanomalzemeleri için tamamen yeni bir tasarım prensibi oluşturuyor. Ekip, renk paletini genişletmek, parçacıkları daha da küçük ve daha parlak hale getirmek ve U-STORM'u karmaşık nanoskalada protein organizasyonları ve hücresel sinyal yollarını araştırmak için kullanmak üzere çalışmalara devam ediyor.
Sonuç olarak, U-STORM, dünya genelindeki laboratuvarlara yüksek hass
