بالاترین قدرت تفکیک سه‌بعدی در میکروسکوپی به دست آمد

محققان دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ یک روش میکروسکوپی با وضوح فوق‌العاده بالا برای تمایز سریع ساختارهای مولکولی در حالت سه بعدی توسعه داده‌اند. با این روش می‌توان به وضوح ۰٫۳ نانومتر در سه بعد رسید.

روش‌های میکروسکوپ با وضوح فوق‌العاده برای کشف ساختار سلول‌ها و دینامیک مولکول‌ها ضروری هستند. از آنجایی که محققان بر محدودیت تفکیک‌پذیری حدود ۲۵۰ نانومتر غلبه کردند، روش‌های میکروسکوپی به سرعت پیشرفت کرده‌اند.

اکنون تیمی به رهبری شیمیدان پروفسور فیلیپ تینفلد از طریق ترکیب روش‌های مختلف پیشرفت بیشتری در این حوزه ایجاد کرده است و به بالاترین وضوح در فضای سه‌بعدی دست یافته و راه را برای یک رویکرد اساسی جدید برای تصویربرداری سریع‌تر از ساختارهای مولکولی متراکم هموار کرده است. روش جدید این تیم تفکیک محوری زیر ۰٫۳ نانومتر را امکان‌پذیر می‌کند.

محققان روش موسوم به pMINFLUX را توسعه داده‌اند، با رویکردی ترکیبی که از خواص ویژه گرافن به‌عنوان پذیرنده انرژی استفاده می‌کند. pMINFLUX بر اساس اندازه‌گیری شدت فلورسانس مولکول‌های تحریک شده توسط پالس‌های لیزر است. این روش، تشخیص فواصل جانبی آن‌ها را با وضوح تنها ۱ نانومتر امکان‌پذیر می‌کند. گرافن انرژی یک مولکول فلورسنت را جذب می‌کند که بیش از ۴۰ نانومتر از سطح آن فاصله ندارد. بنابراین شدت فلورسانس مولکول به فاصله آن از گرافن بستگی دارد و می‌توان از آن برای اندازه‌گیری فاصله محوری استفاده کرد.

در نتیجه، ترکیب pMINFLUX با این به اصطلاح انتقال انرژی گرافن (GET) اطلاعاتی را در مورد فواصل مولکولی در هر سه بعد ارائه می‌دهد و این کار را با بالاترین وضوح قابل دستیابی تا به امروز کمتر از ۰٫۳ نانومتر انجام می‌دهد. یوناس زاهرینگر نویسنده اصلی مقاله مربوط به این پروژه می‌گوید: «دقت بالای GET-pMINFLUX دری را به روی رویکردهای جدید برای بهبود میکروسکوپ با وضوح فوق‌العاده باز می‌کند.»

محققان همچنین از این روش برای افزایش بیشتر سرعت میکروسکوپ با وضوح فوق العاده استفاده کردند. برای این منظور، آن‌ها از نانوفناوری استفاده کردند تا به اصطلاح رویکرد L-PAINT را توسعه دهند. بر خلاف DNA-PAINT، روشی که وضوح فوق العاده را از طریق اتصال و جداسازی یک رشته DNA نشاندار شده با رنگ فلورسنت امکان‌پذیر می‌کند، رشته DNA در L-PAINT دارای دو توالی اتصال است. علاوه بر این، محققان یک سلسله مراتب اتصال طراحی کردند، به طوری که رشته DNA L-PAINT طولانی‌تر به یک طرف متصل می‌شود. این اتصال به انتهای دیگر رشته اجازه می‌دهد تا موقعیت مولکول‌ها را با سرعتی سریع اسکن موضعی کند.

تینفلد می‌گوید: «این امر علاوه بر افزایش سرعت، امکان اسکن خوشه‌های متراکم را سریع‌تر از اعوجاج‌های ناشی از رانش حرارتی فراهم می‌کند. ترکیب GET-pMINFLUX و L-PAINT ما را قادر می‌سازد تا ساختارها و پویایی‌ها را در سطح مولکولی بررسی کنیم که برای درک ما از واکنش‌های زیست مولکولی در سلول‌ها ضروری است.»