مشاهده‌ی مولکول‌های زیستی نانومقیاس با میکروسکوپ نوری

طبق منطق موجود در دنیای میکروسکوپ نوری، امکان دیدن مولکول‌ها با میکروسکوپ نوری وجود ندارد؛ اما اخیراً این مسئله از سوی دانشمندان نقض شده‌است. استیون چو، از آزمایشگاه ملی لورنس در برکلی آمریکا، روشی را ارائه کرده که با آن می‌توان اجسامی را که با فاصله‌ی نیم نانومتر از یکدیگر هستند، با میکروسکوب نوری مشاهده کرد.‌

توانایی مشاهده‌ی مواد زیستی نظیر پروتئین، دی‌ان‌ای و آر‌ان‌ای یکی از انگیزه‌های توسعه‌ی میکروسکوپ نوری است. برای مشاهده‌ی این ذرات، از میکروسکوپ الکترونی استفاده می‌شود؛ اما در بسیاری از موارد شرایط لازم برای تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی برای مواد زیستی ایده‌آل نیست. از سوی دیگر به‌دلیل محدودیت پراش، امکان مشاهده‌ی ذراتی که از نصف طول موج نور مورد استفاده در میکروسکوپ نوری کوچک‌تر باشند، وجود ندارد. بنابراین تصویربرداری از ذرات زیر ۲۰۰ نانومتر با میکروسکوپ نوری امکان ندارد، این در حالی است که مواد زیستی بسیار کوچک‌تر این مقدار هستند؛ برای مثال قطر دی ان ای ۲٫۵ نانومتر است.

برای مشاهده‌ی مواد زیستی به آنها برچسب‌های فلورسانسی الصاق می‌شود که نور منتشرشده از آنها را به سطح دوربین CCD می‌رساند، اما به‌دلیل محدودیت ساختاری این دوربین‌ها امکان گرفتن تصویر از تک‌مولکول‌ها یا اجسامی که به فاصله‌ی ۲۰ نانومتر از هم قرار دارند، وجود نداشته‌است.

گروه تحقیقاتی آزمایشگاه لورنس موفق شدند تا با ترفندی بر این مشکل فائق شوند. اساس کار این دوربین‌ها به شکلی است که با برخورد فتون به سطح دوربین، الکترون از آن آزاد می‌شود. از آنجا که سطح این دوربین غیر یکنواخت است، نمی‌تواند فاصله‌ی دو نقطه را که در نزدیکی یکدیگر قرار دارند، از هم تفکیک دهد. این گروه از یک سیستم بازخوردی (feedback) استفاده کردند که به آنها امکان می‌داد تا از هر نقطه روی سطح دوربین برای گرفتن تصویر از تک‌مولکول‌ها استفاده کنند. علاوه‌‌بر این آنها از یک پرتو نوری اضافی نیز در این سیستم استفاده کردند و در نهایت توانستند یک منطقه‌ی کالیبره‌شده را صفحه دوربین ایجاد کنند که می‌توانست خطای حاصل از غیر یکنواختی سطح را تا نیم نانومتر کاهش دهد. برای تصویربرداری از مواد بسیار کوچک زیستی آنها را در مرکز این ناحیه‌ی کالیبره‌شده قرار داده و تصویربرداری انجام می‌شود.

پس از توسعه‌ی این روش، آنها توانستند از سیستم پلیمراز آر‌ان‌ای، پروتئین‌های مسئول چسبندگی سلول‌ها و بسیاری از مواد زیستی تصویربرداری کنند. این سیستم نه تنها برای مواد زیستی بلکه برای لیتوگرافی نوری و نانومترولوژی مفید است.