Флуоресцентая микроскопия высокого разрешения. Новость Бесплатной технической библиотеки

НОВОСТИ НАУКИ И ТЕХНИКИ, НОВИНКИ ЭЛЕКТРОНИКИ
Бесплатная техническая библиотека / Лента новостей

Флуоресцентая микроскопия высокого разрешения

17.10.2014

Чтобы рассмотреть клетку и ее содержимое, мы должны взять микроскоп. Его принцип работы относительно прост: лучи света проходят через объект, а потом попадают в увеличительные линзы, так что мы можем разглядеть и клетку, и некоторые органеллы внутри нее, например, ядро или митохондрии.

Но если мы захотим увидеть молекулу белка или ДНК, или рассмотреть крупный надмолекулярный комплекс вроде рибосомы, или вирусную частицу, то обычный световой микроскоп окажется бесполезен. Еще в 1873 году немецкий физик Эрнст Аббе вывел формулу, полагающую предел возможностям любого светового микроскопа: оказывается, в него нельзя увидеть объект, размером меньше половины длины волны видимого света - то есть меньше 0,2 микрометров.

Решение, очевидно, состоит в том, чтобы выбрать нечто, что смогло бы заменить видимый свет. Можно использовать пучок электронов, и тогда мы получим электронный микроскоп - в него можно наблюдать вирусы и белковые молекулы, но наблюдаемые объекты при электронной микроскопии попадают в совершенно неестественные условия. Поэтому исключительно удачной оказалась идея Штефана Хелля (Stefan W. Hell) из Института биофизической химии Общества Макса Планка (Германия), которому в начале 90-х голов пришла в голову мысль использовать для визуализации макромолекул и их комплексов стимулированное флуоресцентное излучение.

Суть идеи состояла в том, что объект можно облучить лазерным лучом, который переведет биологические молекулы в возбужденное состояние. Из этого состояния они начнут переходить в обычное, освобождаясь от излишков энергии в виде светового излучения - то есть начнется флуоресценция, и молекулы станут видимыми. Но излучаемые волны будут самой разной длины, и у нас перед глазами будет неопределенное пятно. Чтобы такого не случилось, вместе с возбуждающим лазером объект обрабатывается гасящим лучом, который подавляет все волны, кроме тех, которые обладают нанометровой длиной. Излучение с длиной волны порядка нанометров как раз позволяет отличить одну молекулу от другой.

Метод получил название STED (stimulated emission depletion), и как раз за него Штефан Хелль получил свою часть Нобелевской премии. При STED-микроскопии объект не охватывается лазерным возбуждением сразу целиком, а как бы прорисовывается двумя тонкими пучками лучей (возбудителем и гасителем), потому что чем меньше область, которая флуоресцирует в данный момент времени, тем выше разрешение изображения.

Метод STED впоследствии дополнился так называемой одномолекулярной микроскопией, разработанной в конце XX века независимо двумя другими нынешними лауреатами, Эриком Бетцигом (Eric Betzig) из Института Говарда Хьюза и Уильямом Мернером (William E. Moerner) из Стэнфорда. В большинстве физико-химических методов, полагающихся на флуоресценцию, мы наблюдаем суммарное излучение сразу множества молекул. Уильям Мернер как раз предложил способ, с помощью которого можно наблюдать за излучением одной молекулы. Экспериментируя с зеленым флуоресцентным белком (GFP), он заметил, что у его молекул свечение можно произвольно включать и выключать, манипулируя длиной возбуждающей волны. Включая и выключая флуоресценцию разных молекул GFP, их можно было наблюдать в световой микроскоп, не обращая внимания на нанометровое ограничение Аббе. Целое изображение можно было получить, просто совместив несколько снимков с разными светящимися молекулами в поле наблюдения. Эти данные были дополнены идеями Эрика Бетцига, который предложил увеличить разрешение флуоресцентной микроскопии, использовав белки с разными оптическим свойствами (то есть, грубо говоря, разноцветные).

Совмещение метода возбуждения-гашения Хелля с методом суммы наложений Бетцига и Мернера позволило разработать микроскопию с нанометровым разрешением. С ее помощью мы можем наблюдать не только органеллы и их фрагменты, но и взаимодействия молекул друг с другом (если молекулы пометить флуоресцентными белками), что, повторим, далеко не всегда возможно с электронно-микроскопическими методами. Значение метода трудно переоценить, ведь межмолекулярные контакты - это то, на чем стоит молекулярная биология и без чего невозможно, например, ни создание новых лекарств, ни расшифровка генетических механизмов, ни многие другие вещи, лежащие в поле современной науки и техники.

<< Назад: Миниатюрная плата Tah для управления электронными устройствами по Bluetooth 18.10.2014

>> Вперед: Беспроводной датчик CoinGuard для охранной сигнализации 17.10.2014

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Электронный шлем для водителей грузовиков 14.04.2024

Безопасность на дорогах, особенно для водителей тяжелой строительной техники, является приоритетной задачей инженеров и ученых. В свете этого немецкий Институт структурной прочности и надежности систем имени Фраунгофера представил новый продукт - электронный шлем, который предназначен для защиты водителей от серьезных травм при вождении строительных машин. Новый электронный шлем, разработанный командой инженеров из Института Фраунгофера, открывает новые перспективы для безопасности водителей грузовиков и строительной техники. Устройство способно контролировать уровень тряски в кабине автомобиля и предупреждать водителя о возможной опасности. Основой работы шлема является встроенный пьезоэлектрический датчик, который генерирует электричество при физической деформации. Этот механизм позволяет устройству реагировать на интенсивные вибрации, характерные для работы строительной техники. Когда уровень деформации превышает безопасные значения, на шлеме включается сигнальная система, пре ...>>

Антивитамины вместо антибиотиков 13.04.2024

Проблема бактериальной резистентности к антибиотикам становится все более серьезной, создавая угрозу для эффективного лечения инфекций. В свете этого исследователи ищут новые пути борьбы с супербактериями. Одним из перспективных направлений является использование антивитаминов, способных оказывать антибактериальное действие. Антивитамины, хоть и известные как вещества, противоположные витаминам, оказались перспективным инструментом в борьбе с бактериальной резистентностью к антибиотикам. Исследование, проведенное учеными из Геттингенского университета в Германии, подтвердило их потенциал в создании новых препаратов для борьбы с опасными инфекциями. В связи с распространением супербактерий, стойких к антибиотикам, появляется необходимость в поиске альтернативных методов лечения. Антивитамины представляют собой молекулы, аналогичные витаминам, но способные подавлять активность бактерий без вреда для организма человека. На данный момент науке известны всего три антивитамина: розе ...>>

Случайная новость из Архива

Жесткие диски корпоративного класса 15000 об/мин от HGST 07.03.2014

Компания HGST (ранее Hitachi Global Storage Technologies, в настоящее время дочерняя компания Western Digital) выпустила новое семейство вместительных 2,5-дюймовых жестких дисков корпоративного класса со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин - Ultrastar C15K600. Новинки обеспечивают высокую производительность и емкость при небольшом размере и низкой рабочей температуре, обеспечивая, таким образом, увеличение плотности информации при снижении затрат на поддержку и общей стоимости владения. Об этом CNews сообщили в HGST.

Высокая скорость работы жестких дисков, по информации HGST, была достигнута в том числе благодаря технологии медиа-кэширования, использующей алгоритмическую обработку входных данных для оптимизации процесса записи, по скорости значительно превышающей энергонезависимое кэширование на NAND или flash-памяти. В результате скорость доступа к случайному сектору в 2 раза выше 2,5-дюймовых конкурентов и в 2,5 раза - 3,5-дюймовых, скорость вращения шпинделя которых составляет 15 тыс. об/мин. Более того, Ultrastar C15K600 оснащен скоростным интерфейсом SAS 12 Гб/с и кэш-памятью 128 МБ с высоким быстродействием, что обеспечивает стабильную производительность системы, утверждают в компании.

Ultrastar C15K600 обладает вдвое большей емкостью, чем современные 2,5-дюймовые жесткие диски с 15 тыс. об/мин, и соответствует показателям 3,5 дюймовых дисков с 15 тыс. об/мин. "Объем в 600 ГБ позволяет любой компании без труда перейти с 3,5-дюймовых дисков на платформы с 2,5-дюймовыми HDD и почувствовать разницу в производительности и энергопотреблении", - подчеркнули в HGST. По данным компании, за счет малого форм-фактора (SFF) 2,5 дюйма и технологии Advanced Power Management диск C15K600 обеспечивает снижение энергопотребления до 55% в рабочем режиме и до 54% во время простоя по сравнению с последними 3,5-дюймовыми дисками с 15 тыс. об/мин от HGST.

В то же время, диски Ultrastar C15K600 SAS предлагают широкий выбор вариантов шифрования и безопасности: в частности, технологию Instant Secure Erase (ISE) и SSC-совместимую технологию самошифрования диска (Self-Encrypting Drives, SED) от Trusted Computing Group (TCG), сертифицированную по стандарту FIPS (Federal Information Processing Standard) 140-2, ур. 2.

Среднее время безотказной работы для Ultrastar C15K600 составляет 2 млн часов, а ежегодная вероятность сбоя - менее 0,44%. Поскольку многие клиенты работают как с современными системами, так и с системами старого образца, линейка дисков Ultrastar C15K600 будут поставляться как в формате 4К Advanced, так и в форматах 512e и 512n, отметили в компании.

Помимо линейки Ultrastar C15K600, HGST анонсировала корпоративные твердотельные диски Ultrastar с SAS 12 Гб/с, также сертифицированные по стандарту FIPS 140-2, ур. 2. Как пояснили в HGST, эти диски были разработаны для самых сложных целей - например, высокоскоростного трейдинга, онлайн-банкинга, облачных вычислений и анализа большого объема данных. FIPS 140-2 - стандарт ИТ-безопасности, используемый в государственных организациях и регулируемых отраслях, например, медицинских или финансовых учреждениях, хранящих и обменивающихся важной, но не засекреченной информацией.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

All languages of this page

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте