Floresan “Ömür Boyu” Mikroskopi Tekniği, Dinamik Biyolojik Olayları Gözlemlemek için Frekans Tarakları Kullanır ve Mekanik Parçalar Kullanmaz

Bir Ömür Boyu Tarak: Floresan Mikroskobu için Yeni Bir Yöntem

Floresan mikroskobu, biyokimya ve yaşam bilimlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü bilim adamlarının hücreleri ve içlerindeki ve etrafındaki belirli bileşikleri doğrudan gözlemlemelerine olanak tanır. Floresan moleküller ışığı belirli bir dalga boyu aralığında emer ve ardından daha uzun dalga boyu aralığında yeniden yayar. Bununla birlikte, geleneksel floresan mikroskopi tekniklerinin ana sınırlaması, sonuçların kantitatif olarak değerlendirilmesinin çok zor olmasıdır; floresan yoğunluğu, hem deney koşullarından hem de floresan maddenin konsantrasyonundan önemli ölçüde etkilenir. Şimdi, Japonya’dan bilim adamları tarafından yapılan yeni bir çalışma, floresan ömür boyu mikroskopi alanında devrim yaratmaya hazırlanıyor. Nasıl olduğunu anlamak için okumaya devam edin!

Geleneksel problemin etrafından dolaşmanın bir yolu, yoğunluk yerine floresan ömrüne odaklanmaktır. Bir flüoresan madde kısa bir ışık patlamasıyla ışınlandığında, ortaya çıkan flüoresan hemen kaybolmaz ama aslında o maddeye özgü bir şekilde zamanla “bozunur”. “Floresan ömür boyu mikroskopi” tekniği, floresan molekülleri ve çevrelerindeki değişiklikleri doğru bir şekilde ölçmek için deneysel koşullardan bağımsız olan bu fenomeni kullanır. Bununla birlikte, floresan azalması son derece hızlıdır ve sıradan kameralar bunu yakalayamaz. Bunun yerine tek noktalı bir fotodedektör kullanılabilirken, ölçülen her noktadan eksiksiz bir 2D resmi yeniden oluşturabilmek için numune alanı boyunca taranması gerekir. Bu süreç, görüntü yakalama hızını büyük ölçüde sınırlayan mekanik parçaların hareketini içerir.

Neyse ki, yayınlanan bu son çalışmada Bilim GelişmeleriSözü edilen bilim insanları ekibi, mekanik taramaya gerek duymadan floresan ömür boyu görüntü elde etmek için yeni bir yaklaşım geliştirdi. Japonya Tokushima Üniversitesi Post-LED Fotonik Enstitüsü’nden (pLED), araştırmayı yöneten Profesör Takeshi Yasui şöyle açıklıyor: “Metodumuz, floresan yaşam sürelerini ölçmek için bir 2D alan üzerinde 44.400 ‘ışıklı kronometreyi eşzamanlı olarak haritalandırmak olarak yorumlanabilir – hepsi tek bir çekimde ve taramadan. ” Peki bu nasıl başarıldı?

Floresans Ömür Boyu Görüntüleme Mikroskobu

Bu yeni floresan mikroskopi tekniği, hem floresan yoğunluğunu hem de ömrünü ölçecek ve bir odak noktasının mekanik olarak taranmasını gerektirmeyecektir; bunun yerine numunedeki tüm noktalardan eşzamanlı olarak görüntüler üretecek ve dinamik biyolojik ve kimyasal süreçlerin daha nicel bir çalışmasını sağlayacaktır. Kredi: Suana Science YMY

Yöntemlerinin ana sütunlarından biri, numune için uyarma ışığı olarak bir optik frekans tarağının kullanılmasıdır. Bir optik frekans tarağı, esasen aralarında sabit bir boşluk bulunan birçok ayrık optik frekansın toplamından oluşan bir ışık sinyalidir. Bu bağlamda “tarak” kelimesi, sinyalin optik frekansa göre çizildiğinde nasıl göründüğünü ifade eder: optik frekans ekseninden yükselen ve bir saç tarağını andıran yoğun bir eşit uzaklıkta “sivri uçlar” kümesi. Özel optik ekipman kullanılarak, bir çift uyarma frekansı tarak sinyali, her biri tek bir modülasyon frekansı taşıyan farklı yoğunluk modülasyon frekanslarına sahip ayrı optik atım sinyallerine (çift taraklı optik atım) ayrıştırılır ve hedef numune üzerinde ışınlanır. Buradaki anahtar nokta, her bir ışık ışınının numuneye uzamsal olarak farklı bir konumda çarpması ve numunenin (piksel) 2D yüzeyindeki her nokta ile çift taraklı optik atımların her modülasyon frekansı arasında bire bir karşılık oluşturmasıdır.

Floresans özelliklerinden dolayı, numune, yukarıda bahsedilen frekans-konum yazışmasını korurken, yakalanan radyasyonun bir kısmını yeniden yayar. Örnekten yayılan floresan daha sonra bir lens kullanılarak yüksek hızlı tek noktalı bir fotodetektöre odaklanır. Son olarak, ölçülen sinyal matematiksel olarak frekans alanına dönüştürülür ve her bir “piksel” deki floresan ömrü, o modülasyon frekansındaki uyarma sinyali ile ölçülen arasında bulunan göreceli faz gecikmesinden kolayca hesaplanır.

Üstün hızı ve yüksek uzaysal çözünürlüğü sayesinde, bu çalışmada geliştirilen mikroskopi yöntemi, floresan ömür boyu ölçümlerinin avantajlarından yararlanmayı kolaylaştıracaktır. Prof. Yasui, “Tekniğimiz tarama gerektirmediğinden, her çekimde numunenin tamamında eşzamanlı bir ölçüm garanti edilir,” diyor Prof. Yasui, “Bu, canlı hücrelerin dinamik gözlemlerine ihtiyaç duyulan yaşam bilimlerinde yardımcı olacaktır.” Biyolojik süreçler hakkında daha derin bir kavrayış sağlamanın yanı sıra, bu yeni yaklaşım, halihazırda tanı için kullanılan antijen testi için birden fazla örneğin eş zamanlı görüntülenmesi için kullanılabilir. COVID-19.

Belki de en önemlisi, bu çalışma, yalnızca “frekans cetveli” olarak kullanılan optik frekans taraklarının mikroskopi tekniklerinde yaşam bilimlerinde sınırları zorlamak için nasıl bir yer bulabileceğini göstermektedir. İnatçı hastalıkları tedavi etmek ve yaşam beklentisini artırmak için yeni tedavi seçeneklerinin geliştirilmesi için umut vaat ediyor, böylece tüm insanlığa fayda sağlıyor.