據(jù)PhysOrg網(wǎng)站2006年8月18日?qǐng)?bào)道，德國(guó)馬普生物物理化學(xué)研究所的科學(xué)家們進(jìn)一步打開了細(xì)胞納米級(jí)世界的大門,。該研究所的研究人員首次將受激發(fā)射損耗(STED)顯微鏡的分辨率提高到了15納米,。今年4月份,，他們就已利用他們幾年前開發(fā)的顯微術(shù)獲得了細(xì)胞60納米分辨率的清晰圖像。現(xiàn)在科學(xué)家們可以通過(guò)進(jìn)一步減少受激發(fā)射損耗顯微鏡的有效焦點(diǎn),，深入細(xì)胞內(nèi)部,，拍攝到比以前更加詳細(xì)的細(xì)胞內(nèi)部圖像。
病毒是如何感染細(xì)胞的,？神經(jīng)細(xì)胞是如何傳輸信號(hào)的,？蛋白質(zhì)是如何工作的？人類還無(wú)法看清自然界的納米級(jí)世界,。然而,，為了能夠感知從表面上無(wú)法看清的東西，我們需要對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行放大,，比如使用熒光顯微鏡,。將熒光標(biāo)記附在蛋白質(zhì)和其它生物分子上，這樣科學(xué)家們就能觀測(cè)到這些標(biāo)記,。很久以來(lái),，低分辨率一直妨礙科學(xué)家們進(jìn)一步深入觀測(cè)蛋白質(zhì)功能。一個(gè)單一蛋白質(zhì)的尺度在2至20納米之間,，直到現(xiàn)在這個(gè)尺度對(duì)科學(xué)家們來(lái)說(shuō)還是太小了,。
德國(guó)哥廷根馬普生物物理化學(xué)研究所的科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)將他們開發(fā)的受激發(fā)射損耗顯微鏡的分辨率提高到了15納米。他們所使用的熒光顯微鏡的分辨率比普通的要高12倍,。今年4月份,，斯蒂帆•赫爾教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家小組已經(jīng)獲得了細(xì)胞60納米分辨率的清晰圖像。
僅僅在幾年前,，物理學(xué)家們還相信了解200納米以內(nèi)的納米級(jí)世界的詳細(xì)情況是不可能的事情,。阿貝定律鞏固了這一“200納米”的極限設(shè)定，因?yàn)樵摱烧J(rèn)為一個(gè)光學(xué)顯微鏡的分辨率不可能超越進(jìn)入顯微鏡內(nèi)光的波長(zhǎng)一半的精確度,。
赫爾和他的同事一道利用一個(gè)竅門突破了這一極限設(shè)定,。他們發(fā)現(xiàn)激發(fā)附在蛋白質(zhì)上的熒光染料出現(xiàn)了一個(gè)藍(lán)光束。盡管該光束斑點(diǎn)的尺寸還不能突破阿貝定律所設(shè)定的200納米極限,，但是在光斑中受激分子能發(fā)熒光之前,，光斑以外區(qū)域的分子被迫轉(zhuǎn)入放松狀態(tài),。為了利用這種效果，他們將受激發(fā)射損耗環(huán)形光束重疊在了激發(fā)斑點(diǎn)之上,。這就意味著只有靠近光環(huán)中心明亮小斑點(diǎn)的分子才會(huì)保持激發(fā),，從而最終能夠發(fā)光。
受激發(fā)射損耗光束越強(qiáng),，能使分子發(fā)熒光的斑點(diǎn)就越小。但是同樣附上熒光染料的分子在一個(gè)強(qiáng)光束中的漂白速度也就越快,，這會(huì)使我們無(wú)法看清任何東西,。德國(guó)哥廷根馬普生物物理化學(xué)研究所的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)發(fā)熒光分子被漂白的最主要原因是這些分子始終持續(xù)保持一微秒一次向更暗狀態(tài)轉(zhuǎn)變，物理學(xué)家將這種情況稱之為三線態(tài),。處于這種狀態(tài)下的分子一旦被一個(gè)光粒子撞擊,，它不會(huì)不可逆轉(zhuǎn)地進(jìn)行漂白。對(duì)此問(wèn)題的解決辦法就是使用間隔4微秒的光脈沖照射分子,，間隔4微秒的目的就是讓分子有足夠的時(shí)間回復(fù)黑暗狀態(tài),。而后，這些分子可以再一次被激發(fā)和松弛下來(lái),。
赫爾教授稱,，“受激發(fā)射損耗技術(shù)的全部潛力仍然還沒(méi)有完全挖掘出來(lái)”。一個(gè)附上染料分子的分辨率達(dá)到1或者2納米是可能的,。熒光顯微鏡方法經(jīng)常廣泛應(yīng)用于生物領(lǐng)域,。它的優(yōu)勢(shì)在于不用破壞細(xì)胞就可以觀測(cè)到活細(xì)胞內(nèi)部情況。通過(guò)采用受激發(fā)射損耗技術(shù),，德國(guó)哥廷根馬普生物物理化學(xué)研究所的科學(xué)家們已經(jīng)觀測(cè)到Bruchpilot蛋白質(zhì)是如何在空間上聚集于神經(jīng)鍵中,，如何觸發(fā)活性神經(jīng)鍵區(qū)域的形成，在該區(qū)域內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞有選擇性釋放神經(jīng)傳遞素,。此外,，他們還對(duì)神經(jīng)鍵區(qū)域形成期間所釋放出來(lái)的蛋白質(zhì)是如何在突觸前膜進(jìn)行組裝的進(jìn)行了探索。
部分英文原文：
More Details in the Nanocosmos of the Cell
Already in April, they achieved a detail sharpness of 60nm in cells with the microscopes whose principle was developed by them only a few years ago. The scientists can now image more details than before from the inside of a cell as they have further decreased the effective focal spot of the STED microscope. The required intensive light for this purpose can be used only because a new trick prevents the fluorescent dyes from extensive bleaching.
How viruses infect a cell, how nerve cells transport signals or how proteins work - the nanocosmos of nature remains hidden to the human eye. However, in order to still be able to perceive the seemingly invisible, we need to enlarge the object - for example, with a fluorescence microscope. Fluorescent markers are attached to proteins and other biomolecules so that scientists can observe the marker. For a long time, low resolution prevented a deeper look into the function of proteins - single proteins with their dimension of 2-20 nanometers diameter were, until now, just too small.
Scientists at the Max Planck Institute for Biophysical Chemistry in Göttingen have now achieved a resolution of up to 15nm with their STED microscope (Stimulated Emission Depletion). Their fluorescence microscope is thereby twelve times sharper than a conventional one. Already in April, the team of scientists lead by Professor Stefan Hell achieved a detail sharpness of up to 60 nanometers in cells.
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