میکروسکوپ دو نوری، جزئیات ریز و حرکت نانو را با برد ۱۴ برابر بیشتر ثبت می‌کند

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه توکیو میکروسکوپی ساخته‌اند که سیگنال‌ها را در محدوده شدتی چهارده برابر وسیع‌تر از سیستم‌های مرسوم ثبت می‌کند.

این دستگاه بدون استفاده از رنگ، نور پراکنده شده به جلو و عقب را ثبت می‌کند. این دستگاه به آرامی روی سلول‌های زنده عمل می‌کند و از مشاهدات طولانی مدت پشتیبانی می‌کند.

این تیم پتانسیل بالایی برای آزمایش‌های دارویی و بیوتکنولوژی می‌بیند.

پل زدن بین شکاف‌های میکرو و نانو

میکروسکوپی در طول قرن‌ها پیشرفت چشمگیری داشته است، اما ابزار‌های مدرن هنوز با معایبی رو‌به‌رو هستند. میکروسکوپی فاز کمی از نور پراکنده شده به جلو برای تشخیص ویژگی‌های بالای تقریباً ۱۰۰ نانومتر استفاده می‌کند.

محققان برای ساختار‌های سلولی دقیق به آن متکی هستند، اما با اهداف کوچکتر مشکل دارد.

میکروسکوپ پراکندگی تداخل‌سنجی، نور پراکنده‌شده به عقب را برای ردیابی پروتئین‌های منفرد می‌خواند، اما نمی‌تواند نمای وسیعی از کل سلول ارائه دهد.

کوهکی هوری می‌گوید: «من دوست دارم فرآیند‌های پویای درون سلول‌های زنده را با استفاده از روش‌های غیرتهاجمی درک کنم.» این هدف، تیم را بر آن داشت تا هر دو رویکرد را در یک سیستم واحد ادغام کند.

هوری و همکارانش، کیچیرو تودا، تاکوما ناکامورا و تاکورو ایدگوچی، می‌خواستند محدودیت‌های اندازه را حذف کرده و حرکت در مقیاس میکرو و نانو را در یک فریم ثبت کنند.

آنها میکروسکوپی ساختند که هر دو جهت نور را همزمان اندازه‌گیری می‌کند. آنها آن را با مشاهده مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلولی آزمایش کردند.

این تیم یک تصویر واحد را ضبط کرد که اطلاعات هر دو کانال را رمزگذاری می‌کرد. این تنظیمات به آنها اجازه داد تا تغییرات را در مقیاس‌های مختلف بررسی کنند و در عین حال سلامت سلولی را حفظ کنند.

تودا توضیح می‌دهد: بزرگترین چالش ما، جداسازی دقیق دو نوع سیگنال از یک تصویر واحد، در عین پایین نگه داشتن نویز و جلوگیری از اختلاط آنها بود.»

محققان اپتیک و روش‌های تحلیلی خود را اصلاح کردند تا اینکه دو سیگنال از هم متمایز باقی ماندند.

ثبت حرکت در مقیاس‌های مختلف

این دستگاه حرکت ساختار‌های سلولی بزرگ و ذرات ریز را همزمان تشخیص داد. همچنین با مقایسه پراکندگی رو به جلو و عقب، به تیم کمک کرد تا اندازه ذرات و ضریب شکست را تخمین بزنند.

ضریب شکست، میزان خمیدگی نور هنگام عبور از یک ذره را توصیف می‌کند. این اندازه‌گیری سرنخ‌هایی در مورد ترکیب یا وضعیت ذره ارائه می‌دهد.

این تیم مزایای آشکاری در این رویکرد یکپارچه مشاهده کرد. این رویکرد نیاز به ابزار‌های تصویربرداری متعدد را کاهش می‌دهد. همچنین مسیر تحلیل را که اغلب تحقیقات را کند می‌کند، کوتاه‌تر می‌کند.

عدم وجود برچسب‌ها، این روش را برای مطالعات طولانی که در آنها رنگ‌ها می‌توانند در رفتار سلولی اختلال ایجاد کنند، سازگارتر می‌کند. تودا فرصت‌های بزرگی را در پیش رو می‌بیند. 

او می‌گوید: «ما قصد داریم ذرات حتی کوچک‌تری را نیز مطالعه کنیم.» هدف او شامل اگزوزوم‌ها و ویروس‌ها در نمونه‌های مختلف است.

او و همکارانش همچنین امیدوارند که چگونگی حرکت سلول‌ها به سمت مرگ را ترسیم کنند. آنها قصد دارند شرایط سلول را کنترل کرده و یافته‌ها را با تکنیک‌های دیگر تأیید کنند.

محققان معتقدند که این روش می‌تواند از توسعه دارو و بررسی کیفیت سلول‌ها پشتیبانی کند. تصویربرداری طولانی‌مدت و بدون برچسب می‌تواند نحوه پاسخ سلول‌ها به درمان‌ها را کنترل کند.

همچنین می‌تواند به تشخیص تغییرات ساختاری ظریفی که سایر ابزار‌ها از دست می‌دهند، کمک کند.

این تیم همچنان به اصلاح سیستم ادامه می‌دهد و انتظار دارد که با توجه به اینکه آزمایشگاه‌ها به دنبال راه‌هایی برای ایجاد پل بین مشاهدات میکرو و نانو بدون آسیب رساندن به نمونه‌ها هستند، این سیستم به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار گیرد.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.