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Microscopia di Super-Risoluzione contro microscopia elettronica

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La microscopia leggera convenzionale ha sui limiti. Accenda, essendo un'onda, è conforme alla diffrazione che limita severamente la dimensione delle strutture una può risolvere. Per potere osservare le parti di un organismo più piccolo di questo, altre tecniche devono essere impiegate.

I tipi di microscopie impiegati (permettendo che l'utente vedi tali cose come le molecole e gli organelli in dettaglio alto) rientrano in due categorie: microscopia di super-risoluzione (SRM) e microscopia elettronica (EM). Sia SRM che il EM sono strumenti utili per la ricerca, compienti i ruoli differenti in un progetto.

La proteina di segnalazione Fyn che muove e che forma i cluster in cellule cerebrali viventi - osservate facendo uso di microscopia di super-risoluzione. Credito di immagine: Laboratorio Meunier, università di Queensland
La proteina di segnalazione Fyn che muove e che forma i cluster in cellule cerebrali viventi - osservate facendo uso di microscopia di super-risoluzione. Credito di immagine: Laboratorio Meunier, università di Queensland

Microscopia di Super-Risoluzione

SRM comprende vari metodi. Alcuni di loro sono quotati qui, ma ci sono altre tecniche che possono essere utilizzate da un laboratorio.

Microscopia ottica stocastica di ricostruzione (TEMPESTA)
Ciò è il metodo di SRM più comunemente usato. La TEMPESTA usa i fluorophores photoswitchable per generare le immagini ad alta definizione. Il contrassegno specifico poi è richiesto per raggiungere un'immagine multicolore di alta qualità. Un sistema ottimizzato della TEMPESTA può generare le immagini con una risoluzione di 5 nanometro, microscopia molto più superiore leggera da solo.

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Un'immagine spettrale risolta di microscopia di super-risoluzione di quattro obiettivi sottocellulari che sono stati contrassegnati da quattro tinture lontano-rosse alla separazione spettrale di 10 nanometro. Il colore è usato per indicare la posizione misurata dell'emissione della fluorescenza di ogni singola molecola. (Barra del disgaggio: 1 μm). Credito di immagine: Laboratorio del KE Xu/Berkeley

Microscopia strutturata di illuminazione (SIM)
Questa tecnica comprende i campioni illuminanti con indicatore luminoso modellato ed usando il software specializzato analizzare le informazioni. La volta di risoluzioni 2 più superiore al limite di diffrazione può essere ottenuta usando il software di ricostruzione. Il vantaggio principale di SIM sopra altri metodi di SRM è che può sezioni più spesse di immagine, che è utile per 3D e la rappresentazione della in tensione-cella.

Ancora immagine da un video che mostra l
Ancora immagine da un video che mostra l'interazione di actina filamentosa (mApple-F-tractin, porpora) con i gruppi capi bipolari della miosina IIA (EGFP, miosina IIA, verde) a 20 secondi intervalli per 100 punti di volta, come veduto con microscopia di illuminazione TIRF-strutturata alto-NA. Credito di immagine: Laboratorio di Betzig, città universitaria di ricerca di HHMI/Janelia

Svuotamento dell'emissione stimolata (STED)
STED è una tecnica che usa un paio degli impulsi del laser per eccitare e de-eccitare i fluorophores; l'effetto è di localizzare la fluorescenza nei posti focali. Le immagini poi sono create facendo uso dello scansione di quadro televisivo. Sebbene questa tecnica abbia una velocità lenta di acquisizione per i grandi campi di visibilità, la tecnica ha una grande profondità della rappresentazione di µm 10-15, permettendo che le immagini con un'alta risoluzione siano prodotte.

eccitazione del Due-fotone (TPE)
Il vantaggio principale del TPE è che causa meno fototossicità che la microscopia di scansione del laser (CLSM) o la microscopia di scansione confocale del laser (LCSM). A differenza in microscopia di fluorescenza convenzionale, dove l'indicatore luminoso di eccitazione ha una più piccola lunghezza d'onda (cioè un'più alta energia) che l'indicatore luminoso della fluorescenza, del TPE di usi la luce infrarossa solitamente ad alto cambiamento continuo e la fluorescenza è osservata in caso di assorbimento del due-fotone - ad una più breve lunghezza d'onda che l'indicatore luminoso infrarosso dell'eccitatore, poiché l'energia combinata di due fotoni dell'eccitatore era stata assorbita. Il TPE è stato utilizzato nella diversa applicazione con le celle in tensione, compreso l'organizzazione citoscheletrica e la rilevazione reattiva dell'ossigeno.

Sebbene presentino gli ovvi vantaggi sopra microscopia leggera per l'analisi delle strutture cellulari, i vari tipi di SRM presentano le loro limitazioni.

I artefatti possono ancora esistere nella ricostruzione di immagine, photobleaching può accadere e l'uso di attrezzature specializzate e delle tinture fluorescenti può rendere questi trattamenti costosi.

Può richiedere molto tempo ricostruire le immagini con alcune tecniche, ulteriore aggiunta al costo dei progetti di ricerca.

la microscopia di Super-risoluzione, mentre può permettere che l'osservatore scruti più profondamente nella natura, non può essere usata al livello molecolare.

Per questo tipo di ricerca, c'è uno strumento ancor più potente disponibile agli scienziati che è stato intorno dal secolo in anticipoth 20: Microscopia elettronica.

Microscopia elettronica

Sviluppata nel 1926, la microscopia elettronica funziona facendo fuoco un raggio degli elettroni concentrati contro un campione.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che le strutture possono essere analizzate in dettaglio minuscolo, poichè la risoluzione delle immagini che sono prodotte facendo uso di microscopia elettronica è nell'ordine di giù a 0,2 nanometri, 1000x dettagliato di è raggiunto con microscopia leggera convenzionale e molto più superiore a con le tecniche di SRM.

Con il EM, gli scienziati possono esaminare i nanostructures che non sarebbero altrimenti visibili e discernono i loro beni.

Ci sono due tipi principali di microscopie elettroniche:

Microscopia elettronica di trasmissione (TEM)
Usato per osservare gli esemplari sottili (quali le sezioni del tessuto) passando gli elettroni attraverso loro e creando un'immagine. Se un campione assorbe o sparge gli elettroni, la posizione sembrerà scura nell'immagine di TEM, mentre se un campione non interagisce con i fasci di elettroni un punto luminoso si presenta dagli elettroni trasmessi. In questo modo, TEM è analogo a microscopia leggera convenzionale, sebbene usi gli elettroni piuttosto che l'indicatore luminoso ed abbia ben un più di alta risoluzione.

Microscopia elettronica di trasmissione nella klebsiella vitro-coltivata (Kp-2H7). Credito di immagine: Alessia Ranciaro
Microscopia elettronica di trasmissione (TEM) nella klebsiella vitro-coltivata (Kp-2H7). Credito di immagine: Alessia Ranciaro

Microscopia elettronica di scansione (SEM)
SEM crea le immagini scandendo una superficie con un fascio di elettroni messo a fuoco ed individuando gli elettroni a diffusione retrograda. Il contrario a TEM, una posizione che sparge forte gli elettroni sembrerà luminoso, mentre i campioni che non interagiscono con il fascio di elettroni rimangono scuri. Questa tecnica fornisce i dati dettagliati di intere celle e superfici, qualcosa che non sia realizzabile con TEM.

Un vaso sanguigno (centro) fornisce le sostanze nutrienti essenziali ad un tumore del melanoma (ha andato) in questa immagine artificialmente colorized di microscopia. Immagine DOI: i ricercatori 10.7295W9CIL38960 all
Un vaso sanguigno (centro) fornisce le sostanze nutrienti essenziali ad un tumore del melanoma (ha andato) in questa immagine artificialmente colorized di microscopia. Immagine DOI: i ricercatori 10.7295W9CIL38960 all'università di Tokyo hanno studiato un ricevitore della membrana cellulare, LRP1 e un enzima, tPA, per i loro ruoli nella metastasi del melanoma in mouse. Credito di immagine: Immagini CC-BY-NC-ND http://www.cellimagelibrary.org/images/38960 di Wellcome

Svantaggi di microscopia elettronica

La microscopia elettronica, sebbene uno strumento potente, abbia sui svantaggi. Il fatto che gli elettroni possono essere deviati facilmente dalle molecole nell'aria significa che gli esemplari devono essere tenuti in un vuoto.

Ciò significa che la microscopia elettronica non può essere usata per analizzare gli esemplari e le strutture in tensione (mentre determinate tecniche di SRM inscatolano), che presenta le difficoltà per l'analisi biologica.

I campioni devono essere conservati in modo da rappresentare quanto più rigorosamente possibile le strutture viventi, che possono essere costose e che richiede tempo.

Inoltre, la natura specializzata delle tecniche richiede gli operatori altamente qualificati ed i artefatti dal preparato del campione sono comuni.

SRM contro il EM: Due strumenti potenti per il ricercatore

Questo articolo è stato una breve comprensione in super-risoluzione ed in microscopia elettronica, descrivendo le loro resistenze e debolezze. Entrambi sono le forti aggiunte al laboratorio e complementari in informazioni che forniscono.

Entrambi i tipi di microscopie dividono che sorpassano le limitazioni di risoluzione di microscopia leggera.

Per le scienze biologiche studia, sia SRM che il EM possono risolvere le strutture cellulari e permettere così le comprensioni profonde nella cella funzionano.

Mentre SRM permette agli scienziati di studiare dinamicamente l'architettura delle cellule in celle viventi, la risoluzione è solitamente più bassa di con microscopia elettronica. Tuttavia, il EM richiede la fissazione del campione e così è un metodo per studiare le architetture delle cellule in campioni non-vivente.

Per effettuare gli efficaci studi, i laboratori ed il loro personale dovrebbero essere sicuri ed informati nell'applicazione di queste tecniche ed aggiornati sugli ultimi sviluppi in questo campo scientifico.

Chi conosce che avanzamenti il futuro può tenere?

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Last Updated: Sep 20, 2019

Reginald Davey

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Reginald Davey

Reg Davey is a freelance copywriter and editor based in Nottingham in the United Kingdom. Writing for News Medical represents the coming together of various interests and fields he has been interested and involved in over the years, including Microbiology, Biomedical Sciences, and Environmental Science.

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