De binnenkant van een elektronenmicroscoop, waarvoor vacuümniveaus nodig zijn die vergelijkbaar zijn met die in de ruimte, kan een uiterst onherbergzame plaats zijn voor organische materialen. traditioneel, levenswetenschappers hebben dit probleem omzeild door hun specimens in te vriezen zodat ze veilig in een microscoop kunnen worden geladen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hebben een nieuwe benadering bedacht om organische verbindingen in beeld te brengen.

Door organische monsters te suspenderen in waterdamp, OIST-wetenschappers konden een andere manier demonstreren om ze in hoge resolutie te bekijken. De onderzoekers ontdekten dat ze een elektronenstraal konden sturen, vaak gebruikt in microscopie, door middel van damp die dicht genoeg is dat het mogelijk is om monsters in hun oorspronkelijke staat te houden, natte toestand en nog steeds ultrahoge resolutie beeldvorming mogelijk maken.

hun studie, gepubliceerd in het tijdschrift PLOS EEN , past natuurkunde toe op een bekend probleem in de biologie. De resultaten zouden kunnen vereenvoudigen wat momenteel een moeilijk proces is om organische materialen in beeld te brengen.

Gebruikelijk, om voorbeelden te bekijken, met name kwetsbare organische monsters - in een krachtige transmissie-elektronenmicroscoop, wetenschappers moeten zich grondig voorbereiden. Het maken van een ijsplaat van een fractie van een nanometer dik met een bepaalde kristalstructuur kan veel proeven vergen. Dit arbeidsintensieve proces, wat maanden kan duren, geïnspireerde Cathal Cassidy, hoofdauteur van het papier en een onderzoeker bij OIST's Quantum Wave Microscopy Unit, om een ​​andere methode te proberen.

"Ik zag mijn collega's hier veel moeite in steken, " zei Cassidy, "en ik dacht, 'Kunnen we dit ijsgebeuren niet gewoon helemaal vermijden?'"

De onderzoekers gebruikten eerst goud, een anorganisch materiaal, om aan te tonen dat atomen met succes kunnen worden afgebeeld in waterdamp. Vervolgens, ze keken naar een virus met dezelfde methode. Het monster bleef stabiel, en het resulterende beeld kwam helder uit, in relatief hoge resolutie.

De methode van de onderzoekers elimineert de noodzaak om een ​​monster te bevriezen of het door een kamer te bekijken. Hoewel effectief, elk van deze veelgebruikte methoden heeft nadelen.

Ideaal, het ijs werkt als een schone lei, of een raam - relatief doorschijnend, het stelt wetenschappers in staat om de materialen die erin hangen te bekijken met minimale interferentie. Geprezen voor "het brengen van biochemie in een nieuw tijdperk" door de Zweedse Academie, deze methode ontving in 2017 de Nobelprijs voor de chemie. Echter, bevriezing stelt wetenschappers niet in staat om dynamische processen te bestuderen, zoals de levende interactie van een virus met een gastheercel.

Afwisselend, wetenschappers kunnen organische monsters bekijken door ze in vloeistof op te hangen, ingesloten in een kamer met ultradunne vensters. Deze vensters voorkomen dat de vloeistof in de vacuümkamer sijpelt en het elektronenkanon beschadigt. Nog, dun als ze zijn, zelfs deze minimale barrières verslechteren de beeldkwaliteit. De geometrie van de kamer beperkt wetenschappers ook aanzienlijk in de mate waarin ze een monster kunnen kantelen voor een driedimensionaal beeld.

De door OIST-onderzoekers ontwikkelde methode biedt een haalbaar alternatief voor deze populaire benaderingen. Het monster wordt gesuspendeerd in waterdamp, die in het gedeelte van de buis rond het monster wordt gepompt en er snel weer uit wordt gepompt. Kleine openingen boven en onder het monster laten de elektronenstraal er direct doorheen gaan. Omdat het monster niet is omsloten door ijs of glas, het kan worden gekanteld voor driedimensionale beeldvorming.

Cassidy benadrukte dat de studie een eerste stap is in de richting van beeldvorming met hoge resolutie van gehydrateerde monsters in waterdamp. Hij zei te hopen dat biologen voortbouwen op de resultaten. De studie van de onderzoekers en aanvullende materialen, inclusief onbewerkte gegevens, zijn te vinden in het tijdschrift PLOS EEN .

"Iedereen die het wil proberen of ermee wil spelen, ze kunnen het, " hij zei, wijzen op de beschikbaarheid van gegevens. "Als iemand anders het stokje overneemt en dit naar voren schuift, Daar zou ik heel blij mee zijn."