|
 Đang trực tuyến :
24 |
|
 Số lượt truy cập :
33339596 |
|
|
|
|
|
Các nhà tiên phong trong nghiên cứu kính hiển vi huỳnh quang siêu phân giải giành giải Nobel hóa học 2014
Chủ nhật, 12-10-2014 | 06:10:47
|
|
Kể từ khi Antonie van Leeuwenhoek nhắm chiếc kính hiển vi đơn giản của mình vào một chút nước ao hồi thế kỷ 17, kính hiển vi quang học đã trở thành một công cụ quan trọng cho các nhà sinh học. Không may, vẫn có giới hạn về độ nhỏ của thứ chúng có thể nhìn thấy. Nhưng những người đoạt giải Nobel hóa học năm nay, gồm Eric Betzig, Stefan W. Hell và William E. Moerner, đã thay đổi tất cả. Phát hiện về 2 phương pháp của họ nhằm vượt qua giới hạn vật lý của kính hiển vi quang học đã dẫn tới việc tạo ra lĩnh vực hiển vi nano mới.
Năm 1873, Ernst Abbe phát hiện ra rằng có một giới hạn dường như không thể vượt qua đối với độ mạnh của một chiếc kính hiển vi quang học. Hiểu đơn giản, ông phát hiện ra rằng ánh sáng không thể đi quanh những chỗ uốn cong trên các đối tượng nhỏ. Theo tính toán của ông, bước sóng của ánh sáng nhìn thấy cho thấy giới hạn tối đa độ phân giải của kính hiển vi quang học là 0,2 micromet, tức vào khoảng một nửa bước sóng. Trong hơn một thế kỷ, điều này ngăn cản giới hạn dưới đối các nghiên cứu quang học, cản trở các quan sát trực tiếp của các cấu trúc ở kích thước nano, chẳng hạn như các phân tử riêng lẻ.
Những gì mà nhóm mới đoạt giải đã làm không vi phạm giới hạn của Abbe nhưng là một cách giải quyết khác. Ý tưởng cơ bản là nếu ánh sáng không thể xử lí để uốn cong quanh vật thể kích thước nano thì các đối tượng nano có thể được xử lí để tự phát ra ánh sáng. Nó giống như sự khác biệt giữa cố gắng tìm một đối tượng nhỏ bằng cách chiếu sáng cả một cánh đồng mênh mông và để cả ánh đồng trong bóng tối nhưng trang trí đối tượng bằng những đèn Giáng sinh nhỏ xíu. Hiểu biết này đã dẫn đến việc phát triển 2 phương pháp mới mà giờ được gọi là hiển vi nano (nanomicroscopy).
Phương pháp đầu tiên được gọi là hiển vi STimulated Emission Depletion (STED), được Stefan Hell phát hiện vào năm 2000 mặc dù ông ta đã nghiên cứu vấn đề này từ thời sinh viên trong những năm 1990. Chìa khóa cho phương pháp này là tránh các giới hạn nhiễu xạ không chỉ bằng cách sử dụng các phân tử phát sáng huỳnh quang mà còn kích thích chúng phát sáng bằng tia laser.
Kỹ thuật của Hell sử dụng các phân tử huỳnh quang, chẳng hạn như các kháng thể liên kết với các cấu trúc cụ thể như các sợi DNA. Khi chúng được chiếu bởi một xung ánh sáng, chúng đáp lại bằng cách phát sáng. Thông thường, điều này tạo ra một hình ảnh giống như một búi len phát sáng nhưng kính hiển vi STED giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng một cặp tia laser. Một tia làm cho các phân tử phát sáng và tia còn lại loại bỏ tất cả ngoại trừ các phân tử mong muốn từ hình ảnh.
Khi tia laser đầu tiên quét trên một mẫu vật và làm cho các phân tử sáng lên, tia laser thứ 2 theo sát phía sau. Tia này được điều chỉnh sao cho các phân tử lớn hơn hấp thụ ánh sáng laser, khiến chúng phải xả năng lượng và ngừng phát sáng. Các phân tử kích thước nano quá nhỏ nên không bị ảnh hưởng và tiếp tục phát ra ánh sáng. Kết quả là một hình ảnh có chi tiết cực kỳ sắc nét.
Phương pháp thứ 2 được gọi là hiển vi đơn phân tử. Phương pháp được phát triển bởi Eric Betzig và William Moerner trong khi làm việc độc lập với nhau và được Betzig sử dụng lần đầu tiên vào năm 2006. Phương pháp dựa trên khả năng nhìn thấy một phân tử huỳnh quang duy nhất và sử dụng điều này để xây dựng một hình ảnh chi tiết cực sắc nét .
Năm 1989, W. E. Moerner là người đầu tiên đo được sự hấp thụ ánh sáng của một phân tử đơn. Sau đó vào năm 1997, khi Moerner và Roger Tsien tại Đại học California ở San Diego đã nghiên cứu các protein huỳnh quang màu xanh lá (GFP). Moerner phát hiện ra rằng có thể bật và tắt ánh sáng huỳnh quang của GFP bằng cách sử dụng các bước sóng ánh sáng khác nhau. Bằng cách chiếu ánh sáng bằng một bước sóng 488 nanomet, ông có thể làm cho nó phát sáng và nó sẽ tắt đi và không sáng trở lại khi được chiếu thêm lần nữa. Tuy nhiên, bằng cách chiếu vào phân tử bằng ánh sáng 405 nm, phân tử sẽ hồi sinh và sẽ phát sáng thêm lần nữa.
Ý tưởng cơ bản này được mở rộng độc lập bởi Moerner và Betzig để tạo ra một kỹ thuật hiển vi mới khai thác hệ thống bật/tắt này. Ở đó, một mẫu vật sẽ được xử lí bằng nhiều phân tử huỳnh quang khác nhau vốn liên kết với các cấu trúc phân tử khác nhau nhưng luôn cách nhau ít nhất 0,2 micromet. Mỗi một phân tử trong số này sẽ phát sáng vào những thời điểm khác nhau khi bị kích thích. Bằng cách kích hoạt lần lượt từng loại phân tử huỳnh quang và sau đó tắt chúng, một loạt các hình ảnh khác nhau được sản sinh.
Những hình ảnh này sau đó được quét riêng rẽ và sử dụng một thuật toán thống kê giúp làm sắc nét mỗi hình ảnh. Khi các hình ảnh này được kết hợp theo lớp, kết quả là một hình ảnh duy nhất cho thấy các cấu trúc độ phân giải cao phức tạp.
Ngoài việc loại bỏ việc phải nheo mắt rất nhiều lần, các phương pháp này cũng đã loại bỏ giới hạn dưới lý thuyết đối với kính hiển vi quang học. Theo Quỹ Nobel, các phương pháp này đã tìm thấy ứng dụng của mình, chẳng hạn như khả năng nhìn vào các phân tử riêng lẻ thay vì nghiên cứu các phân tử “trung bình” trong một loạt hàng triệu phân tử. Chúng hiện đang được sử dụng để nghiên cứu các khớp thần kinh trong bệnh Alzheimer và Huntington và để tìm hiểu sâu hơn về sự phát triển protein trong phôi thai.
L.H - Doscdongnai, theo Gizmag. |
Trở lại
In
Số lần xem: 3655
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
