El laboratorio del ganador Nobel combina las estrellas, ojos con microscopia

Añadir a mis favoritos

Ver traducción automática

#Tendencias de productos

{{{sourceTextContent.title}}}

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

{{{sourceTextContent.description}}}

Los biólogos de célula tienen dos metas cuando viene a la proyección de imagen una muestra: quieren a la imagen más profunda y más profunda mientras que todavía obtienen resultados de alta resolución, y quieren observar las células en su ambiente natural. ¿Mientras que los microscopios ligeros se eligen a menudo para los usos de la proyección de imagen, la técnica no se va tan bien cuando está enfrentada con las muestras biológicas complejas? piense el aceite y el agua.

¿Las muestras biológicas doblan la luz de maneras imprevisibles? enciéndase a partir de un punto de un objeto no converge en ni no diverge de un monopunto después de la transmisión a través del sistema de la proyección de imagen. Esto causa la aberración, que alternadamente lleva a torcido, las imágenes borrosas y la información inutilizable. ¿Refracción? ¿el fenómeno que ocurre cuando las ondas viajan de un medio con un índice de refracción a un medio con otro? es culpar por la aberración en muestras biológicas.

Según Kai Wang, un compañero postdoctoral médico del instituto de Howard Hughes (HHMI), aberración en muestras biológicas ocurre debido a una unión mal hecha refractiva de la imagen. En una pequeña escala, la dispersión luminosa es presente, pero no significativa. Sin embargo, al intentar a la imagen sobre muestras más grandes, la luz viaja de la muestra, rindiendo resultados inútiles.

Líder y 2014 ganador del premio Eric Betzig, Wang y su equipo del grupo de investigación de la granja de HHMI Janelia Nobel de la química dados vuelta a la oftalmología y a la astronomía para ayudar a solucionar este problema. Combinaron estrategias adaptantes de la óptica (AO) de ambos campos para desarrollar una tecnología de la imagen que corrige rápidamente para las distorsiones y afila imágenes de alta resolución sobre volúmenes grandes de muestra. El acercamiento del AO trabaja en los tejidos que no dispersan la luz, haciendo le bien adaptados a la proyección de imagen los cuerpos transparentes de zebrafish o de los elegans de Caenorhabditis del ascáride, ambos organismos modelo importantes en biología. Mientras que el vídeo a la derecha demuestra, la técnica del AO trae en foco las estructuras y los organelos subcelulares de las células nerviosas profundamente en el cerebro de un zebrafish vivo.

Las óptica adaptantes primero fueron introducidas en astronomía, aplicadas a la oftalmología a las imágenes correctas de las retinas (que se tuercen cuando luz pasajera a través de la córnea y de la lente), después ejecutadas en microscopia para corregir para la heterogeneidad de luz-doblez de tejidos biológicos.

¿Los astrónomos aplican el AO brillando un laser arriba en la atmósfera en la misma dirección del objeto que quieren observar, así estableciendo un supuesto? estrella de la guía?. La vuelta ligera de esta estrella de la guía consigue torcida mientras que viaja a través de la atmósfera turbulenta de nuevo al telescopio. Usando un sensor del frente de onda, los astrónomos miden esta distorsión directamente, después utilizan las medidas para deformir un espejo del telescopio para anular las aberraciones atmosféricas. La corrección da una vista mucho más clara del objeto en la pregunta.

¿? ¿Primero, el sensor de la forma de onda mide la aberración? dice Wang, explicando el proceso. ¿? La forma de onda que corrige el dispositivo le deja saber la aberración de la forma de onda o aplicar una corrección que corresponde a esa aberración que permita imágenes de alta resolución. Más importante sin embargo, usted tiene que encontrar una estrella de la guía, que trabaja con el sensor de la forma de onda para decirle cuáles es la aberración. ¿Toda la innovación en este campo viene de imaginar cómo generar una estrella de la guía.?

En 2010, Betzig desarrolló una técnica de la microscopia que utilizó un objeto fluorescente, tal como un cuerpo de célula o un grano encajado, como la estrella de la guía. Esto fue permitida por su técnica de la microscopia de la solo-molécula, primero empleada en 2006, que acaba de ganar a Betzig un Premio Nobel 2014.

Con la estrella de la guía como objeto fluorescente, la blanco puede ser reflejada muchas veces de diversos ángulos de determinar la corrección necesaria. El problema con la aplicación de esta técnica a las muestras biológicas grandes es que el proceso es lento y expone una muestra a la luz perjudicial y al material artificial. Qué Betzig y Wang necesitó era una técnica rápida, no invasor, de alta resolución que podría corregir para las heterogeneidades en complejo, muestras biológicas transparentes, especialmente sobre un de gran capacidad.

¿Primero, Betzig? el equipo de s creó una estrella de la guía enfocando la luz del microscopio en un punto que brillaba intensamente dentro de la muestra. Usando una técnica llamada excitación del dos-fotón, penetraron la luz infrarroja profunda en el tejido e iluminaron un punto específico. El sensor del frente de onda entonces determinó cómo la luz que volvió de la estrella de la guía se había combado como ella pasó a través del tejido, permitiendo a la corrección apropiada ser aplicado.

¿Mientras que era un buen primer intento, el didn de la técnica? t soluciona tantos problemas de la proyección de imagen según lo esperado. Mientras que la luz de la estrella de la guía volvió al sensor, el frente de onda consiguió extremadamente desigual, que no es el caso en astronomía. ¿Además, una corrección que trabajó en un wouldn del punto? t sea necesariamente eficaz en un punto a otra parte en la muestra que dobla ondas ligeras en una manera diferente.

Así pues, los investigadores decidían explorar la estrella de la guía sobre una pequeña región de la muestra, en vez de centrarse la en un punto. Betzig y Wang despidieron la luz de los espejos para proyectar la estrella de la guía a diversos puntos en el espécimen. El frente de onda resultante generó una corrección media sobre la región explorada.

¿? ¿Era una compensación entre la corrección localizada, completa o la corrección media? explica Wang. ¿? Cuando mirábamos muestras grandes, intentamos comenzar con la corrección total en un solo punto, pero notamos que la aberración es tan complicada que incluso el sensor más grande del frente de onda no podría manejar la diversidad en muestras biológicas. El medio complicado de las aberraciones que usted necesita saber más sobre la muestra y qué parece, que alternadamente los medios usted necesitan mucho más la señal de la fluorescencia de medir la corrección de la aberración. ¿Tomando el promedio de las aberraciones complicadas, podíamos salir la misma información sobre el volumen de la muestra en vez de exprimirla toda de un punto.?

A la imagen al gran parte del tejido, un microscopio puede generar diez de millares de imágenes de volúmenes más pequeños, cada requerir su propia corrección del AO. Aquí, el punto por la corrección del punto esencialmente elimina cualquier posibilidad de la proyección de imagen rápida. Según Betzig, la nueva técnica medio-céntrica maneja esta tarea mucho mejor, poniendo al día sus correcciones en apenas 14 milisegundos.

¿? ¿Queremos empujar más lejos el límite de la tecnología? él continúa. ¿? ¿Queremos intentar ampliar el AO a la proyección de imagen de la estupendo-resolución para los que necesiten conseguir incluso más profundos en una muestra.? ¿Porque después de todo, los biólogos de célula tienen dos metas simples cuando viene a la proyección de imagen una muestra? el ser más importante la capacidad a la imagen más profunda y más profunda mientras que todavía obtiene la resolución alta (o estupenda) resulta.

¿Esta imagen es un gancho agarrador del marco de una proyección de imagen video de un cerebro vivo del zebrafish, ~72 horas del dos-fotón que compara de poste-fertilización, con un marcador ubicuo ...