139
Хімічні зображення нутрощів бактерій були в 30 разів чіткішими, ніж зображення звичайних мікроскопів середнього інфрачервоного діапазону. Дослідники з Токійського університету розробили передовий мікроскоп середнього інфрачервоного діапазону, який дозволяє їм бачити структури всередині живих бактерій у нанометровому масштабі. Мікроскопія середнього інфрачервоного діапазону зазвичай обмежена низькою роздільною здатністю, особливо в порівнянні з іншими методами мікроскопії.
Ця остання розробка створила зображення на 120 нанометрах, що, за словами дослідників, є тридцятикратним покращенням роздільної здатності типових мікроскопів середнього інфрачервоного діапазону. Можливість більш чіткого перегляду зразків у такому меншому масштабі може допомогти в багатьох галузях досліджень, у тому числі в галузі інфекційних захворювань, і відкриває шлях для розробки ще точніших зображень на основі середнього інфрачервоного діапазону в майбутньому.
Мікроскопічне царство — це місце, де живуть віруси, білки та молекули. Завдяки сучасним мікроскопам ми можемо спуститися вниз і побачити внутрішню роботу наших власних клітин. Але навіть ці вражаючі інструменти мають обмеження. Наприклад, люмінесцентні мікроскопи з високою роздільною здатністю вимагають, щоб зразки мали флуоресцентну мітку. Іноді це може бути токсичним для зразків, а тривалий вплив світла під час перегляду може відбілити зразки, тобто вони більше не будуть корисними. Електронні мікроскопи також можуть забезпечити дуже вражаючі деталі, але зразки повинні бути поміщені у вакуум, тому живі зразки не можуть бути досліджені.
Переваги мікроскопії середнього інфрачервоного діапазону
Для порівняння, мікроскопія середнього інфрачервоного діапазону може надати як хімічну, так і структурну інформацію про живі клітини без необхідності їх фарбування або пошкодження. Однак його використання було обмеженим у біологічних дослідженнях через його порівняно низьку роздільну здатність. У той час як флуоресцентна мікроскопія з високою роздільною здатністю може звузити зображення до десятків нанометрів (1 нанометр дорівнює одній мільйонній міліметра), мікроскопія середнього інфрачервоного діапазону зазвичай може досягати лише близько 3 мікрон (1 мікрон дорівнює одній тисячній міліметра).
Однак у результаті нового прориву дослідники Токійського університету досягли вищої роздільної здатності середньої інфрачервоної мікроскопії, ніж будь-коли раніше. «Ми досягли просторової роздільної здатності 120 нанометрів, тобто 0,12 мікрона. Ця дивовижна роздільна здатність приблизно в 30 разів краща, ніж у традиційної мікроскопії в середньому інфрачервоному діапазоні», – пояснив професор Такуро Ідегучі з Інституту фотонної науки та технологій Токійського університету.
Команда використала «синтетичну апертуру» — техніку, яка поєднує кілька зображень, зроблених під різними кутами освітлення, для створення чіткішої загальної картини. Як правило, зразок поміщають між двома лінзами. Однак лінзи ненавмисно поглинають частину середнього інфрачервоного світла. Вони вирішили цю проблему, помістивши зразок бактерій (були використані E. coli та Rhodococcus jostii RHA1) на кремнієву пластину, яка відбивала видиме світло та пропускала інфрачервоне світло. Це дозволило дослідникам використовувати одну лінзу, дозволяючи їм краще висвітлити зразок світлом середнього інфрачервоного діапазону та отримати більш детальне зображення.
«Ми були здивовані тим, наскільки чітко ми можемо спостерігати внутрішньоклітинні структури бактерій. Висока просторова роздільна здатність нашого мікроскопа може дозволити нам вивчати, наприклад, антимікробну резистентність, яка є світовою проблемою», — сказав Ідегучі. «Ми віримо, що можемо продовжувати вдосконалювати техніку в різних напрямках. Якщо ми використовуємо кращу лінзу та коротшу довжину хвилі видимого світла, просторова роздільна здатність може бути навіть нижче 100 нанометрів. З надзвичайною ясністю ми хотіли б вивчити різні зразки клітин для вирішення фундаментальних і прикладних біомедичних проблем».
