直到最近，如果科學(xué)家們想在顯微鏡下研究血細(xì)胞、藻類或細(xì)菌，他們還必須將這些細(xì)胞貼裝在諸如玻璃片之類的基底上。而比勒費(fèi)爾德和法蘭克福的大學(xué)的物理學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了一種方法，用激光束捕獲生物細(xì)胞，并以非常高的分辨率進(jìn)行相關(guān)研究。在科幻小說(shuō)和電影中，這個(gè)原理被稱為“牽引光束”，使用這種方法，物理學(xué)家已經(jīng)獲得單菌DNA的超分辨圖像。物理學(xué)家Robin Diekmann和他的同事們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱冯s志最新一期出版的研究中發(fā)表了該研究的相關(guān)成果。
在顯微鏡下研究生物細(xì)胞，研究人員所面臨的一個(gè)問(wèn)題是，任何所準(zhǔn)備的治療方式都會(huì)改變細(xì)胞。許多細(xì)菌喜歡在溶液中自由游動(dòng)。血細(xì)胞也是相似的：他們是連續(xù)且快速流動(dòng)的，而不是停留在表面上的。而事實(shí)上，如果把它們固定在一個(gè)表面上就會(huì)改變他們的結(jié)構(gòu)，他們就會(huì)死掉。
“我們的這種新的研究方法允許我們不用將細(xì)胞固定在基底表面上，然后可以使用一個(gè)光阱以一種非常高的分辨率來(lái)研究它們。這些細(xì)胞是由一種光學(xué)牽引梁保持在一個(gè)地方的。這種激光束的原理是和在電視劇《星際迷航》見到的那種很相似，” Thomas Huser教授說(shuō)。他是物理系生物光子學(xué)研究組的組長(zhǎng)。“特別的是，樣品不僅不用基板進(jìn)行固定，他也可以被翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)。激光束的功能是作為顯微鏡進(jìn)行小范圍調(diào)整的一個(gè)擴(kuò)展的輔助。
比勒費(fèi)爾德物理學(xué)家進(jìn)一步開發(fā)超分辨率熒光顯微鏡的使用過(guò)程。這被認(rèn)為是生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)樗峁┝艘环N在一個(gè)高度規(guī)?；闆r下研究活體細(xì)胞生活生物過(guò)程的方法，在目前這種研究還只能在電子顯微鏡下實(shí)現(xiàn)。為了獲得這樣的顯微鏡的圖像，研究人員將熒光探針添加到他們希望研究的細(xì)胞中，然后這些細(xì)胞會(huì)在激光束的指向下被點(diǎn)亮。然后，一個(gè)傳感器可以用來(lái)記錄這種熒光輻射，使研究人員甚至可以獲得的該細(xì)胞的三維圖像。
在他們的這種新的方法中，比勒費(fèi)爾德的研究人員使用第二個(gè)激光束作為一個(gè)光學(xué)陷阱，使細(xì)胞在顯微鏡下可浮動(dòng)，并可以按研究人員的意志進(jìn)行移動(dòng)。“激光束是非常密集的，但肉眼是看不到的，因?yàn)樗褂玫氖羌t外線，” Robin Diekmann說(shuō)，他是生物光子學(xué)研究小組的成員。“當(dāng)激光束指向一個(gè)細(xì)胞時(shí)，把它放在光束的焦點(diǎn)位置，細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生力，”Diekmann說(shuō)。使用他們的這種新方法，比勒費(fèi)爾德大學(xué)的物理學(xué)家已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的保持和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，并以這樣一種方式，他們可以從幾個(gè)側(cè)面獲得的該細(xì)胞的圖像。由于旋轉(zhuǎn)，研究人員可以獲得分辨率大約為0.0001毫米的DNA的三維結(jié)構(gòu)。
Huser教授和他的團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步修改的這種研究方法，這將使他們能夠觀察活細(xì)胞之間的相互作用。然后，他們將能夠研究，例如，細(xì)菌是如何穿透細(xì)胞等過(guò)程。
為了開發(fā)新的方法，勒費(fèi)爾德大學(xué)的科學(xué)家們與Mike Heilemann教授和來(lái)自沃爾夫?qū)璧路ㄌm克福大學(xué)的Christoph Spahn一起合作進(jìn)行研究。
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