來自德累斯頓和維爾茨堡的物理學(xué)家們使用小點(diǎn)來移動桿表面 - 以解決光學(xué)顯微鏡的分辨率限制問題。使用他們的新方法，它使用生物電機(jī)和熒光納米粒子，他們產(chǎn)生超高分辨率的圖像。
常規(guī)光學(xué)顯微鏡的分辨率由光衍射的基本物理原理不限于光的大約一半的波長：如果兩個對象之間的距離小于這所謂的“衍射極限”，它們可以光學(xué)不能彼此分離 - 圖片顯得模糊。對于在幾納米范圍內(nèi)的表示，因此簡單的光學(xué)顯微鏡是不夠的。
巨大的努力解決方案?
出于這個原因，*的科學(xué)家過去已經(jīng)開發(fā)了精心設(shè)計的概念，以規(guī)避衍射極限，從而提高分辨率。然而，為此所需的技術(shù)努力是相當(dāng)大的，并且通常需要高度專業(yè)化的顯微鏡組件。特別是，近場光場的測量仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈內(nèi)绱藦?qiáng)大的本地化以至于不能將波發(fā)送到遠(yuǎn)處的探測器。
但是，Julius-Maximilians-UniversitätWürzburg(JMU)和德累斯頓工業(yè)大學(xué)的物理學(xué)家已經(jīng)表明，可以用更少的努力來測量這些近場。他們使用許多極小的光學(xué)納米探針，使用生物分子傳輸系統(tǒng)在表面上滑動。
微小的管和biomotors
新顯微技術(shù)的關(guān)鍵要素是微管和運(yùn)動蛋白。“這兩個要素是細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)的基本組成部分，”德累斯頓工業(yè)大學(xué)主席“生物納米工具”的Stefan Diez教授說。
“微管是管狀蛋白質(zhì)復(fù)合物，長達(dá)數(shù)十毫米長，在人體細(xì)胞內(nèi)形成重要的”街道系統(tǒng)“。運(yùn)動蛋白沿著這些路線運(yùn)行，將細(xì)胞內(nèi)的載荷從一個地方運(yùn)送到另一個地方，“研究人員解釋說。
運(yùn)動蛋白提供驅(qū)動力
跨微管運(yùn)行在體內(nèi)輸送物質(zhì)馬達(dá)蛋白的概念具有從維爾茨和德累斯頓所利用物理學(xué)家 - 但以相反的順序：“電機(jī)蛋白被固定在樣品的表面上，其范圍大約為忽略微管 - 可以這么說，用生物分子“跳舞”，“JMU實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授Bert Hecht教授的工作小組的博士生HeikoGroß說。
為了跟蹤微管的運(yùn)動，它們提供量子點(diǎn) - 幾納米小熒光粒子，用作光學(xué)探針。但是如何通過表面上攜帶的量子點(diǎn)提高顯微分辨率?
粒度決定了分辨率
在一次測試中，物理學(xué)家研究了一個狹窄的狹縫寬度小于250納米的薄金層。這些插槽用藍(lán)色激光從下面照亮。“穿過這些狹窄縫隙的光線局限于縫隙寬度，因此非常適合演示高分辨率光學(xué)顯微鏡，”Gross說。
在測量過程中，“微管群”同時在金層表面的不同方向上滑動。使用攝像頭，每個運(yùn)輸?shù)牧孔狱c(diǎn)的位置可以在確定的時間間隔內(nèi)確定。
如果一個量子點(diǎn)現(xiàn)在穿過色譜柱的光學(xué)近場，它可以更強(qiáng)烈地照亮，也就是說，作為一個光學(xué)傳感器。這里的訣竅是：由于量子點(diǎn)的直徑只有幾納米，因此可以非常地確定槽內(nèi)的光分布，從而避開衍射極限。
通過同時使用許多量子點(diǎn)和運(yùn)動蛋白，物理學(xué)家可以使用他們的方法在短時間內(nèi)掃描大面積。“通過這種方式，我們可以在簡單的光學(xué)顯微鏡上測量分辨率小于5納米的大面積區(qū)域的局部光場，”Groß說。為了比較：普通光學(xué)顯微鏡具有約500納米的大分辨率。
準(zhǔn)確度高十倍
新型顯微鏡技術(shù)的另一個優(yōu)點(diǎn)是微管由于其長度和強(qiáng)度在發(fā)動機(jī)涂覆的樣品表面上非常直接且可預(yù)測地移動。“這使得有可能比以前建立的高分辨率顯微鏡方法更準(zhǔn)確地確定量子點(diǎn)的位置十倍，”Dr. med博士解釋說。Diez研究小組的前博士后研究員Jens Ehrig，以及德累斯頓工業(yè)大學(xué)服務(wù)設(shè)施“分子成像與操作”的現(xiàn)任負(fù)責(zé)人。而且，以這種方式可以排除由于近場耦合引起的偽影引起的干擾。由于運(yùn)輸系統(tǒng)僅包含少量分子，因此其對近場的影響可以忽略不計。
研究人員希望利用他們的想法在表面顯微鏡領(lǐng)域建立一項新技術(shù)。他們在任何情況下，堅信“特別是在納米結(jié)構(gòu)表面的光學(xué)檢測，這種顯微鏡可以發(fā)揮自己的長處。”在接下來的步驟，他們希望現(xiàn)在使用這種分子運(yùn)輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，量子點(diǎn)制造的光學(xué)近場和專門鏈接他們的研究互動。
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