해상도의 한계를 넘어선 현미경

박사가 이끄는 폴란드-이스라엘 팀. 바르샤바 대학 물리학 부의 Radek Łapkiewicz는 잡지 "Optica"에서 이론적으로 해상도의 제한이없는 새롭고 혁신적인 현미경 방법을 발표했습니다.

이 연구는 폴란드 과학 재단 (FNP)에서 PAP와의 커뮤니케이션으로 발표했습니다. Dr. Łapkiewicz는 FIRST TEAM 프로그램의 수혜자입니다.

생명 과학과 의학의 발전을 위해서는 세포 내 단백질의 구조와 상호 작용과 같은 더 작은 물체를 관찰해야합니다. 관찰 된 샘플은 신체에서 자연적으로 발생하는 구조와 다르지 않아야합니다. 따라서 분석법과 시약을 너무 공격적으로 사용해서는 안됩니다.
일반적인 광학 현미경은 해상도가 충분하지 않습니다. 빛의 파장으로 인해 이러한 현미경은 약 250 나노 미터 (녹색광 파장의 절반)보다 작은 구조의 이미징을 허용하지 않습니다. 서로 더 가까이있는 물체는 더 이상 구별 할 수 없습니다. 이것은 소위 회절 제한입니다.
전자 현미경은 광학 현미경보다 몇 배 더 높은 해상도를 가지고 있지만, 진공 상태에 놓여 있고 전자빔으로 충격을받은 죽은 물체 만 관찰 할 수 있습니다. 살아있는 유기체 나 그 안에서 자연적으로 발생하는 과정을 연구하는 것이 아닙니다.

이미지 출처 : Optica Vol. 7, Issue 10, pp. 1308-1316 (2020) •https://doi.org/10.1364/OPTICA.399600

해결책은 고해상도 형광 현미경입니다 (이 이미징 영역을 개발하기위한 연구는 2008 년과 2014 년에 노벨상을 수상했습니다). 통신에서 회상했듯이 몇 가지 형광 현미경 기술이 이미 존재합니다. PALM, STORM 또는 STED 방법은 고해상도가 특징이며 XNUMX 나노 미터 떨어진 물체를 구별 할 수 있습니다. 그러나 긴 노출 시간과 생물학적 제제의 복잡한 준비가 필요합니다. 반면 SIM 또는 ISM 현미경은 사용하기 쉬운 방법이지만 해상도가 크게 제한되어 회절 한계보다 XNUMX 배만 작은 구조를 볼 수 있습니다. Dr. 바르샤바 대학 물리 학부 양자 광학 연구소의 Radek Łapkiewicz와 바르샤바 생명 과학 대학의 학생 인 Aleksandra Środa와 Adrian Makowski는 이스라엘 Weizmann Institute의 Dan Oron 팀과 함께 기존 ISM 방법을 개선했습니다. 초 고해상도 광 변동 이미지 스캐닝 현미경 (SOFISM)이라는 신기술을 도입했습니다. 그들은 회절 한계가 XNUMX 번 극복되었음을 보여 주었다고 FNP는보고했다.

"SOFISM은 사용 편의성과 해상도 사이의 타협점을 제공합니다. 우리는 우리의 방법이 복잡하고 사용하기 어렵고 매우 높은 해상도의 기술과 저해상도이지만 사용하기 쉬운 방법 사이의 틈새를 채울 수 있다고 믿습니다. SOFISM에는 없습니다. 이론적 인 분해능 한계는 있지만 우리 작업에는 존재합니다. 우리는 회절 한계를 XNUMX 배 초과 한 결과를 제시했습니다.이 기사에서는 SOFISM 방법이 XNUMX 차원 생물학적 구조를 이미징 할 수있는 높은 잠재력을 가지고 있음을 보여주었습니다. . 커뮤니케이션에 인용 된 Radek Łapkiewicz.

바르샤바 물리학 자들이 개발 한 방법은 기술적으로 매우 접근하기 쉽습니다. communiqué에서 읽은 것처럼 실험실에서 일반적으로 사용되는 공 초점 현미경을 약간 수정하고 (광증 배기를 SPAD 어레이 검출기로 교체) 측정 시간을 약간 연장하고 데이터 처리 절차를 변경하는 것으로 충분합니다.

"최근까지 SPAD 어레이 검출기는 비싸고 우리와 같은 응용 분야에 적합하지 않았습니다. 최근 상황이 바뀌 었습니다. 작년부터 기술과 가격 장벽을 모두 통합 한 새로운 SPAD 검출기가 출시되었습니다. 따라서 우리는 형광 현미경으로 볼 수 있습니다. SOFISM과 같은 기술은 몇 년 안에 현미경 검사를위한 일반적인 기술이 될 수 있습니다. " -Dr. Łapkiewicz.

출판물은 여기에 찾을 수 있습니다.