该决议革命

眼见为实,正如老话所说。是一回事,欣赏每个生物都是由细胞和分子,但这是另一个看到它就在你面前。色彩鲜艳的斑点和摆动轮廓被显微镜激发了许多初露头角的科学家。他们似乎激发了今年的化学诺贝尔奖委员会也奖被授予Stefan地狱,Eric Betzig和W E近代。这三个先锋的超分辨率显微镜能窥视生活,呼吸细胞以前所未有的细节。现在,使用方法基于他们的发现世界各地的放大nano-universe并揭示其内部运作。

而且不只是漂亮的图片。最终所有疾病导致回到某种扰动在细胞层面上,“说地狱,谁是建立在哥廷根的马克斯·普朗克生物物理化学研究所、德国。”,只有当我们能够研究细胞我们能够准确地确定哪里出了问题。”

超过一个世纪,光学显微镜,观察活细胞和组织的首选方法,只能用来看看结构光的波长的一半,约200海里,限制承认在19世纪晚期恩斯特阿贝。而电子显微镜允许更高的分辨率,它需要准备样品在低温真空,因此不适合生物。

挑战-并最终战胜阿贝的极限,地狱,Betzig和近代把门打开一个全新的世界的可能性。

支持基础

地狱,初步怀疑阿贝的衍射极限可以破碎的开始,他仍然是一个在德国海德堡大学的博士生。直觉的继续挑剔他的脑海中,直到1990年代,他形成了一个更具体的想法如何。“我知道我必须在分子内部,“地狱说。“我不能做它通过光——这是不可能改变。”

他的想法是,如果你能找到一些方式关掉所有但一个微小的纳米尺度的区域发出的光的来源——比如一群荧光分子——你可以摆脱创建模糊强度的光,并实现更高的分辨率。在芬兰做博士后之后,地狱回到德国去追求这个想法,并出版了他的第一个理论建议如何克服限制在1990年代中期。

他的创意是受激发射损耗显微术(发生的),它使用两个激光源——一个窄束激发荧光分子在一个小地方,和第二光束形状的空心管熄灭所有周围的荧光点。样品然后扫描一个nanometre-wide地带建立一个高分辨率的画面。花了5年,直到地狱实际发生的,用它来想象荧光远小于传统衍射斑点?极限。¹

与任何教科书研究挑战的想法,他的作品吸引了科学界广泛的批评。首先他们说它不会工作原则上,“地狱回忆说。当它工作原则上,他们说也许只会工作的一个特例。当它工作在一个特殊的情况下,他们说它不会工作在生物体…等等。但他不允许自己感到困扰,并证明批评者是错的在漫漫长路的每一步。”因为我知道这个观点基本上是正确的,我抓住它,不让自己被误导,当人们告诉我它不工作,”他说。”有一定的点,必须克服和解决,但他们没有基本的,这就是为什么我相信它,”他补充道。”有很大的区别的技术问题有一个基本的问题——基本的可能还在这里。技术问题是可以克服的。”

和决心确实得到了回报。在相对短的时间内从第一、示范,这项技术已经被研究者们来自生物医学。、显微镜,目前全世界只有少数可用——最近被用于监控的行为神经细胞内肌动蛋白纤维,跟踪承包心脏细胞内离子的运动,和研究组织的dna结合蛋白质。今年,地狱的小组发表了他们的最新设计为生物医学研究、显微镜、²能够实现20纳米的分辨率。

是没有意义的…有模糊的图像,”说地狱。他的团队继续改善、技术,致力于推动进一步解决的边界,以及与他人合作的技术应用于不同的问题。“这是巨大的乐趣!”他说。

单一的杰出人物

地狱一起把他的理论的时候,Betzig和近代奠定了基础为另一组技术,克服阿贝的极限。同时发生的是通过淬火发出的光发光的荧光分子,这些依靠控制分子本身的行为。的第一个突破是在近代成为第一个人来检测单个荧光分子的并五苯1991年,使用激光技术测量的光吸收。³

直到那时,没有人曾经看着或关心单个分子的性质,他们关心一个合奏,”说史蒂文•李前斯坦福大学博士后研究员在近代的小组,我们是基于现在在英国剑桥大学。

接下来关键的一步是跳转到室温

W E近代

当时,近代没有想到显微镜或细胞生物学,但工作IBM的阿尔马登研究中心美国圣何塞,探索光存储信息的方法。他不知道他的测量将继续在显微镜引发一场革命。但我知道我们会看到惊喜,因为我们根本就没有测量过,“近代说。他开展单分子检测实验温度的4 k。“未来的一大步是跳转到室温,”他说。

这是Betzig——工作AT&T贝尔实验室默里希尔——达到1990年代中期,使用了一种叫做扫描近场显微镜图像单一carbocyanine染料分子在室温下。

他也开始思考如何单分子检测可以用来实现超分辨率。只能在这一点上,单分子检测在室温下当稀释摩尔级别,并传播得足够远以防止他们发出的荧光信号重叠。这显然是没有好的成像的分子细胞存在于更高的浓度。

但Betzig认为如果可以使用不同颜色的荧光分子标签样本,每个样本中传播低密度,每个颜色的显微镜可以找到所有的分子,可以叠加的图像给一个完整的画面。

Betzig在1995年发表他的理论,⁴但当时没有付诸实践,因为分子正确的光学性质并不存在。然后他从研究决定休息一下,和从贝尔实验室工作辞职在安阿伯机公司研发副总裁,他父亲的机床企业。

看手相

与此同时,单分子光谱学持续增长作为一门学科。两年后Betzig发表他的想法,近代——然后在圣地亚哥加州大学的我们,做了一个非常重要但有些意外的发现。使用一个分子的绿色荧光蛋白(GFP,本身这一发现被授予2008年诺贝尔化学;看到一个发光的绿色诺贝尔)集团发现GFP的眨了眨眼睛,兴奋的一束激光单分子显微镜。荧光的蛋白质经过几个周期和黑暗最终消退。此外,荧光可以开启和关闭通过改变梁-辐射黑暗分子在405海里可以重新激活。我们只是不希望在室温下看到这样有趣的光力学,“近代说。“这是非常令人兴奋的。”

打开和关闭荧光分子的能力开放的可能性等集中媒介区分单个分子细胞-分子就不会被分离空间或用不同颜色荧光——他们可以在不同的时间被激活。看到近代和其他人的工作与GFP足以吸引Betzig回场。他离开了家族企业,和朋友在一起哈拉尔德赫斯- - - - - -一位前同事从贝尔实验室也失业——发达用光催化本地化显微镜(Palm),建立第一个原型设备在圣地亚哥赫斯的公寓。

他们帮助细胞生物学家詹妮弗Lippincott-Schwartz在贝塞斯达的美国国立卫生研究院,曾开发出一种突变GFP,最初存在的“关闭”状态,但是可以发出荧光辐射在488 nm,最终导致它变黑不可逆,这种现象被称为“光漂白”。这使得一组分布广泛的样品分子被激活,位置和成像,然后沉默,一个周期,可以重复一遍又一遍地建立一个完整的分子和显示一个图像分辨率远高于阿贝的极限。手掌第一示范技术是在2006年,当它被用于图像整个细胞和亚细胞结构包括线粒体与荧光蛋白标记。⁵

同年,另一个领导的美国集团晓伟壮族哈佛大学开发了一种变异的技术称为随机光学重建显微镜(风暴)使用荧光花青染料可以可逆地开启和关闭。⁶

除了生物学

今天,方法,像、棕榈和风暴提供细胞内细胞和分子生物学家一个纳米级视图没有电子显微镜的约束。Lippincott-Schwartz说技术的彻底改变我们的一些最基本的概念活细胞的概念,直到现在都是隐藏的。她的团队在国家卫生研究院继续使用超分辨率成像来研究蛋白质自我组织在不同的细胞结构,其中包括致病细菌和病毒。的技术甚至可以用于识别埃博拉病毒的独特特性来帮助寻找新的方式来废除它,”她表示。betway必威游戏下载大全

近代也与斯坦福大学的同事在他目前的基地,我们检查的内容细胞。他的团队和露西·夏皮罗用单分子光谱法研究蛋白质的组织参与细菌、细胞分裂,他也工作吗朱迪思·弗莱德曼的实验室观察聚合的蛋白质参与亨廷顿氏病,一种方法可能为治疗提供新的目标。

米歇尔Orrit,单分子光谱的另一个先驱现在在荷兰莱顿大学的基础上,指出该领域也有很多其他领域的研究。这诺贝尔奖只显示一个方面:成像,”他说。他的集团,和很多人一样,应用单分子光谱学等领域的生物物理学,量子光学和材料科学。“例如,我们小组一直在研究玻璃形成,以及粘性液体溶解,“他说。”你也可以更加详细的基础上开始理解催化或分子分散在纳米管。以这种方式和你变得更加意识到你的材料质量。

随着技术变得更快,更便宜,更用户友好的,越来越多的人开始使用它们。这很普遍。如果你跟大多数人他们会听说过超分辨率成像无论出身,”李说。

现在他们可以使用工具,代码变得更加自动化,它比以前更强大,”他补充道。打开门的很多基本问题之前没有被要求。

场上涨如此之快,是密切相关的技术进步以及越来越多的用户,很难看到接下来会是什么。

说我们有一个广泛的竞技场,地狱。[有]不同类型的光学显微镜,都有不同的特点,有些非常快,非常敏感,其他人则非常准确。在未来这将提高更多。”

这些开发工具继续推动更高的分辨率。“这是一个非常激动人心的领域,”李说。基于本地化的解决工具(如棕榈和风暴)有限光子的数量得到的荧光团,此刻,我们发现我们需要开发更好的染料能够给我们更多的光子。

持续改进的超分辨率成像的功能将允许科学家应对日益复杂的问题,近代说。有很多有趣的系统研究。我们将继续推动前沿无处不在。”