Optische Mikroskopieauflösungsdrehbewegung

Thought LeadersDr. Stefan W. HellDirector at the Max Planck Institute for
Biophysical Chemistry in Göttingen and
for Medical Research in Heidelberg

Ein Interview mit Dr. Stefan W. Hell, Direktor am Max Planck Institute für biophysikalische Chemie in Göttingen und Direktor am Max Planck Institute für medizinische Forschung in Heidelberg, leitete bis April Cashin-Garbutt, MA (Cantab)

Es wurde vor kurzem angekündigt, dass Sie den Vollvortrag bei Pittcon 2018 darstellen werden. Was ist der Hauptfokus Ihres Vortrags?

Ich befasse mich der einfachen aber grundlegenden Idee, dass gedurft die Beugungssperre in der Fluoreszenzmikroskopie sowie über nanoscopy MINFLUX, die späteste Entwicklung niederreißen auf dem Gebiet, das zum ersten Mal wahre molekulare Auflösung mit sichtbarer Leuchte und Standardobjektiven versieht.

Was war der Schlüssel zum Niederreißen der Beugungssperre in einem LeuchtstoffBiowissenschaftsmikroskop? Wie wurde die die Auflösung-Begrenzungrolle der Beugung ausgeglichen?

In den 20th Jahrhundert, beruhten Lichtmikroskope nur auf Fokussierungsleuchte im Platz für die Trennung (=resolution) von anliegenden kleinen Merkmalen. Entweder sie richteten die Beleuchtungsleuchte so scharf, wie möglich auf der Probe und/oder die Fluoreszenzleuchte so scharf, wie möglich auf den Detektor.

Als ein kann die Leuchte nicht schärfer fokussieren, als in einem Umfang, der durch Beugung gegeben wurde, die Auflösung auf 200 nm begrenzt war. Die Schlüsselidee war, sich Leuchtstoff Merkmale oder Moleküle zu trennen, nicht indem sie aber fokussierte, indem sie vorübergehend ein und ihre Fluoreszenz abstellte, damit die Merkmale, die sich näher zusammen als 200 nm befinden, durch ihre sequenzielle Emission unterschieden werden konnten.

Kredit: Chmyrov, A., et al. (2013). Nanoscopy mit mehr als 100.000' Krapfen. Naturmethoden, 10(8), 737-740. Biophysikalische Chemie MPI, Göttingen, Deutschland.

Welche Auswirkung hat die Fähigkeit zum Bild der Innenraum von transparenten Proben, wie lebenden Zellen und Geweben, am nanoscale auf Biowissenschaften gehabt?

Kerben von wissenschaftlichen Studien in der Neurobiologie, Zellbiologie und in vielen anderen Bereichen der Wissenschaft sind mit nanoscopy Mikroskopie superresolution Pseudonym der Fluoreszenz durchgeführt worden.

Da die Mikroskope kompakt weniger teuer werden, bedienungsfreundlich, und, müssen praktisch alle Biowissenschaftslabors auf der ganzen Welt die überlegene Auflösung nutzen, um auf ihren jeweiligen Gebieten aufrechtzuerhalten.

In meiner Ansicht sollte jeder (einzelne) Träger, der confocal Mikroskop scannt, eine STED-Option haben. Wechselweise kann jedes mögliches epifluorescence Mikroskop zu einer confocal STED-Anlage leicht ausgebaut werden.

Niederreißen der Beugungs-Sperre von AZoNetwork auf Vimeo.

Welche Verbesserungen in der Instrumentierung wurden Sie mögen in der Zukunft sehen?

Instrumentierung wird schroff wirtschaftlich, zuverlässig, und. In Wirklichkeit versehen die spätesten Versionen von STED-Mikroskopie hochmoderne Mehrfarbenauflösung < 30 nm mit einer kompakten Baugruppe, die als der Schuhgrößekasten kleiner ist. Der Preis ist kleiner als ein Fünftel von frühen Anlagen. Außerdem die Baugruppensitze auf buchstäblich irgendein modernes epifluorescence Mikroskop, kein Stoff, wenn aufrecht oder umgewandelt.

Haben wir die Höchstgrenze schon erreicht? Denken Sie sie sind möglich, um Merkmale der Moleküle, wie Symmetrie zu sehen?

Die Nachtausgabe der Fluoreszenz nanoscopy, MINFLUX, hat tatsächlich molekulare Ortsauflösung der Schuppe (~1 nm) erreicht. Dieses ist die äußerste Grenze, weil in der Fluoreszenzmikroskopie die entscheidende Auflösungsgrenze schließlich durch die Leuchtstoffwarnschilder selbst festgesetzt wird, die als Stellvertreter auftreten, damit die Biomoleküle gesehen werden können.

Ja kann mir ich vorstellen, dass man molekulare Symmetrie unter Verwendung STED und der in Verbindung stehenden Techniken sehen sollte jedoch die ein völlig anderer Bereich der Anwendung sind.

Was sind die Hauptherausforderungen, die noch ausgeglichen werden müssen?

Angenommen, MINFLUX die äußerste Grenze erreicht hat, glaube ich dem, der die Darstellungsdrehzahl erhöht, herabsetze d.h. die Zeit, Moleküle mit höchster Auflösung zu lösen bin ein bedeutender Forschungsschub.

Andere Aspekte sind Beispielkompatibilität und die Suche nach verbesserten Kennzeichnungstechniken. Schilder müssen klein und minimal störend sein. Viele Fortschritt ist auf diesen Gebieten gemacht worden, aber offenbar muss mehr Arbeit erledigt werden.

Wie denken Sie die Darstellungsdrehzahl können verbessert werden?

Konzepte, die weniger ausgestrahlte Photonen erfordern, die gleiche Auflösung, wie MINFLUX zu erreichen, können weiter optimiert werden, um wahre molekulare (1 nm) Auflösung des Maximums d.h. mit einer minimalen Anzahl von aufgespürten Fluoreszenzphotonen zu erreichen, sagen < 30 Befundereignisse. Solch ein effektiver Gebrauch der Fluoreszenzphotonen beschleunigt nanoscale Darstellung enorm.

Welcher Auswirkung denken Sie Superauflösungsmikroskopie haben auf Neurologie?

Stellen Sie einfach sich ein Mikroskop vor, das molekulare Schuppenauflösung mit minimaler Invasion versieht. Ich denke, dass die Auswirkung solch eines Werkzeugs enorm ist. Zum Beispiel sollten wir in der Lage sein, die Verteilung von Proteinen an der Synapse völlig zu entwirren und viele der relevanten Moleküle im Vorgang auch zu sehen.

Wo können Leser mehr Informationen finden?

Die neueste Zusammenfassung von nanoscopy Anwendungen der Fluoreszenz ist durch S.Sahl, S.W. Hell, S. Jakobs in nationalem Rev Mol Cell Bio (2017).

Informationen über die Grundprinzipien der Fluoreszenz nanoscopy (superresolution) werden in meinem Nobel-Vortrag beschrieben: „Nanoscopy mit fokussierter Leuchte (Nobel-Vortrag)“ Angew. Chem. Int. Ed. 54, 8054-8066 (2015)

Über Dr. Stefan W. Hell

Stefan W. Hell ist ein Physiker, der für seine bahnbrechende Forschung Weitbereich in optischem nanoscopy, alias in Superauflösung Mikroskopie erkannt wird.

Nachdem Studien in Heidelberg (Doktor im Jahre 1990) und in der Habilitationsarbeit am europäischen Molekularbiologie-Labor, Hölle das Prinzip von STED-Mikroskopie während auf einem Forschungsstipendium in Turku, Finnland (1994) ausbreiteten.

Die zugrunde liegende Idee, nämlich von erkennenden Molekülen an den subdiffraction Längenschuppen, indem sie vorübergehend eine Teilmenge von ihnen in einem Nichtsignalisieren Zustand vorbereitet, liegt allen praktischen Beugung-unbegrenzten Superauflösung Fluoreszenzmikroskopiekonzepten bis jetzt zugrunde.

Für diese Leistungen hat Hölle zahlreiche Preise empfangen. Im Jahre 2014 er teilte den Kavli-Preis in Nanoscience und den Nobelpreis in der Chemie. Hölle ist ein Direktor am Max Planck Institute für biophysikalische Chemie in Göttingen und am Max Planck Institute für medizinische Forschung in Heidelberg (beidem Deutschland).