UNSW Sydney-onderzoekers hebben stapsgewijze instructies gedeeld om andere wetenschappers in staat te stellen de resolutie en stabiliteit van microscopen met één molecuul te verbeteren.

Onderzoekers zullen ultraprecieze microscopen kunnen bouwen om de interacties tussen individuele moleculen in cellen te visualiseren en te onderzoeken, dankzij een systeem dat door UNSW-medische onderzoekers ter beschikking is gesteld aan de wetenschappelijke gemeenschap.

Hun systeem overwint eenvoudig en praktisch de uitdagingen die gepaard gaan met beweging tijdens beeldvorming, overschrijding van de huidige limieten van superresolutiemicroscopen.

Wanneer het monster of de opstelling van de microscoop beweegt tijdens de beeldvorming, Er worden fouten geïntroduceerd die de moleculaire resolutie verslechteren - dit wordt drift genoemd.

"Drift is een grote belemmering voor het bereiken van een resolutie die verder gaat dan de 20-30 nm die is vastgesteld door de Nobelprijswinnende superresolutie-fluorescentiemicroscopie, " zegt Scientia Professor Katharina Gaus van UNSW Medicine's Single Molecule Science.

"Hoe langer het duurt om een ​​monster af te beelden, hoe meer drift er zal zijn. De grootste oorzaak van drift zijn trillingen van voorbijlopende mensen, of auto's die buiten het gebouw rijden, " ze zegt.

Prof. Gaus legt uit dat voor beeldvorming met één molecuul, onderzoekers labelen moleculen meestal met fluorescerende kleurstoffen en laten ze met lasers aan en uit knipperen.

"We kunnen ze niet allemaal tegelijk in beeld brengen. Dus, wanneer het monster op de microscoop afdrijft, zal de positie van de gloeiende moleculen aan het begin van het experiment anders zijn dan de positie aan het einde van het experiment, een artefact introduceren, " ze zegt.

Het actieve stabilisatiesysteem dat het team van biofysici van UNSW heeft ontwikkeld, pakt dit probleem aan door sensoren aan de microscoop toe te voegen met een feedbacksysteem om het optische pad opnieuw uit te lijnen wanneer het de minste verandering detecteert. Het stabilisatiesysteem keert automatisch het optische pad terug naar binnen één nanometer van zijn oorspronkelijke positie in alle drie de dimensies, terwijl de monsters worden afgebeeld.

Na het schetsen van het ontwerp van hun autonome feedbacksysteem in a wetenschappelijke vooruitgang publicatie eerder dit jaar het team beschrijft nu in Natuurprotocollen hoe een stabilisatiesysteem te implementeren om de uitlijning van superresolutiemicroscopen actief te corrigeren en drift te elimineren.

"Het is een handleiding voor het gebruik van ons feedbacksysteem op verschillende opstellingen. We hebben het op verschillende systemen geïmplementeerd, ook op in de handel verkrijgbare microscopen, " zegt dr. Simao Pereira Coelho, die dit project leidde.

Het protocol is ontworpen om zelfs gebruikers zonder gespecialiseerde optische training in staat te stellen bestaande microscopen te upgraden, inclusief een handleiding voor het gebruik van de software en het integreren van de hardware op een op maat gemaakte of standaard microscoop.

"We kunnen nu zo lang beelden maken als we willen, om meer informatie uit één steekproef te halen, zonder afbreuk te doen aan de kwaliteit van de gegevens. Dit maakt experimenten niet alleen nauwkeuriger, maar het opent het nieuwe idee dat je dit volledig autonoom kunt uitvoeren, " zegt prof. Gaus.

"Dezelfde aanpak kan ook worden gebruikt in andere instrumenten die hoge precisie vereisen, bijvoorbeeld in atoomkrachtmicroscopie of DNA-sequencers, of waar het handmatig onderhouden en opnieuw uitlijnen van een instrument niet zo eenvoudig is, " ze zegt.