Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Molekuly na obzoru

Cesta za superrozlišením v desítkách nanometrů
 |  7. 4. 2016
 |  Vesmír 95, 222, 2016/4

Nové techniky fluorescenční a konfokální mikroskopie posouvají možnosti v pozorování vnitrobuněčných struktur. Optická mikroskopie byla po dlouhou dobu limitována rozlišením definovaným Abbeho difrakčním limitem.1)

V nedávné době byl tento limit překonán pomocí několika superrezolučních mikroskopických technik, díky nimž se posouváme na úroveň rozlišení několika desítek nanometrů, a tím ještě blíže k molekulární úrovni života.

Velkým posunem v mikroskopii bylo uvedení konfokálního mikroskopu. Konfokální mikroskop používá lasery, které slouží k excitaci fluorescence v rovině ostrosti, a vše, co je nad i pod touto rovinou ostrosti, je odstraněno. Tento tzv. „optický řez“ může být optimalizován pomocí konfokální štěrbiny (pinhole). U takovýchto systémů se používá skener, který laserovým bodem budí excitaci pouze v daném bodě a skládá obraz řezu. Fluorescenční signály jsou zachyceny elektronickými detektory. Výsledný obrázek má díky takovému procesu vyšší rozlišení. Sofware je poté schopný poskládat jednotlivé optické řezy do 3D obrázku. Ten je vhodnější pro rekonstrukci struktur, tkání a dalších biologických preparátů. Rozlišení, které je možné takto dosáhnout, je řádově okolo 200 nm.

Při použití konfokálních mikroskopů stále narážíme na omezení definované difrakčním limitem.1) Některé systémy tento limit obcházejí použitím matematických, korelačních mikroskopických metod. Na světě se však objevila ryze fyzikální metoda, kterou je možné tento limit prolomit. Tato metoda se nazývá STED (Stimulated emission depletion). Za nejenom tento objev byla udělena Nobelova cena Ericu Betzigovi, Stefanu W. Hellovi, Williamu E. Moernerovi za chemii v roce 2014. Tato superrezoluční technika je založená na principu zhášení fluorescence. Základem je použití laserů pro buzení fluorescence podobně jako u konfokálních mikroskopů. I zde se skenuje bodovým skenerem plocha o velikosti stovek nanometrů. Trik je v tom, že se použije externí laser, který má delší vlnovou délku nežli excitační laser. Tento laser se nazývá depleční a osvítí fluorochromy vyšší vlnovou délkou, což způsobí, že emitují světlo o vlnových délkách, které nejsou detektorem zachyceny. Takto se fluorochromy v oblasti mezikruží vyčerpají. Úroveň rozlišení závisí na průměru otvoru v mezikruží. Čím je tato oblast menší, tím vyšší bude výsledné rozlišení a to se pohybuje v desítkách nanometrů, běžně okolo 50 nm v laterární ose a 130 nm v axiální ose. Můžeme tedy sledovat struktury, které dříve nebylo možné rozeznat, a tím se dostáváme dále k poznání nepoznaného. Značnou výhodou těchto systémů je možnost použití superrezolučních technik pro živé organismy, a tím sledovvání procesů a struktur v živých buňkách.

Poznámky

1) Žádný optický systém není naprosto dokonalý. Body proto v mikroskopu nezobrazují jako body, ale jako plošky. Se zmenšující se numerickou aperturou a rostoucí vlnovou délkou se tyto plošky zvětšují. Difrakční limit popisuje vzdálenost dvou bodů, kdy jejich obrazy (plošky) splynou v jednu a není možné je rozlišit. Pro fialové světlo to je 200 nm (polovina jeho vlnové délky).

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Mikroskopie
RUBRIKA: Glosy

O autorovi

Martin Kopecký

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné