Revolução Óptica da definição da microscopia

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

Uma entrevista com Dr. Stefan W. Inferno, Director no Max Planck Institute para a Química Biofísica em Göttingen e Director no Max Planck Institute para a Investigação Médica em Heidelberg, conduziu daqui até abril Cashin-Garbutt, MILIAMPÈRE (Cantab)

Anunciou-se recentemente que você estará apresentando a Leitura Plenária em Pittcon 2018. Que será o foco principal de sua leitura?

Eu falarei sobre a ideia simples mas fundamental que reservado quebrar a barreira da difracção na microscopia de fluorescência assim como sobre MINFLUX nanoscopy, a revelação a mais atrasada no campo que fornece pela primeira vez a definição molecular verdadeira a luz visível e as lentes objetivas padrão.

Que era a chave a quebrar a barreira da difracção em um microscópio fluorescente da ciência da vida? Como o papel definição-limitar da difracção foi superada?

Nos 20th século, os fotomicroscópios confiaram unicamente na luz de focalização no espaço para a separação (=resolution) de características minúsculas adjacentes. Ou focalizaram a luz da iluminação tão agudamente como possível na amostra e/ou a luz da fluorescência tão agudamente como possível no detector.

Como um não pode focalizar a luz mais agudamente do que a uma extensão dada pela difracção, a definição foi limitada a 200 nanômetros. A ideia chave era separar características ou moléculas fluorescentes não focalizando mas transiente desligando sua fluorescência sobre e de modo que as características que residem mais perto junto do que 200 nanômetro pudessem ser distinguidas por sua emissão seqüencial.

Crédito: Chmyrov, A., e outros (2013). Nanoscopy com mais de 100.000' filhóses. Métodos da Natureza, 10(8), 737-740. Química Biofísica de MPI, Göttingen, Alemanha.

Que impacto a capacidade à imagem o interior de amostras transparentes, tais como pilhas vivas e tecidos, no nanoscale teve em ciências da vida?

As Contagens de estudos científicos na neurobiologia, biologia celular, e em muitas outras áreas de ciência foram realizadas com microscopia nanoscopy do superresolution do pseudônimo da fluorescência.

Porque os microscópios se estão tornando compactos, fáceis de usar, e menos caros, virtualmente todos os laboratórios de ciência da vida em todo o mundo terão que aproveitar-se da definição superior a fim prosseguir em seus campos respectivos.

Em minha opinião, cada (único) feixe que faz a varredura do microscópio confocal deve ter uma opção de STED. Alternativamente, todo o microscópio do epifluorescence pode facilmente ser promovido a um sistema confocal de STED.

Que melhorias na instrumentação você gosta de ver no futuro?

A Instrumentação tornar-se-á áspera, segura, e econômica. Com efeito, as versões as mais atrasadas da microscopia de STED fornecem a definição multicolorido avançada < 30 nanômetro um módulo compacto menor do que o tamanho da caixa de sapata. O preço é menos do que um quinto de sistemas adiantados. Além Disso, os ajustes do módulo literalmente em algum microscópio moderno do epifluorescence, nenhuma matéria se ereto ou invertido.

Nós alcançamos o limite absoluto ainda? Você pensa-o será possível para ver características das moléculas, tais como simetrias?

A edição a mais atrasada da fluorescência nanoscopy, MINFLUX, alcançou certamente a definição espacial molecular da escala (~1 nanômetro). Este é o limite final, porque na microscopia de fluorescência o limite de definição final é dado finalmente pelas etiquetas fluorescentes elas mesmas, que actuam como proxys para que as biomoléculas sejam vistas.

Sim, Eu posso imaginar que um deve ver simetrias moleculars usando STED e as técnicas relacionadas, contudo, que serão uma área totalmente diferente da aplicação.

Que são os desafios principais que ainda precisam de ser superados?

Dado que MINFLUX alcançou o limite final, Eu acredito aquele que aumenta a velocidade da imagem lactente, isto é minimizo o momento de resolver moléculas com mais de alta resolução serei uma pressão principal da pesquisa.

Outros aspectos serão compatibilidade da amostra e a procura para técnicas de rotulagem melhoradas. As Etiquetas precisam de ser pequenas e mìnima perturbando. Os Lotes do progresso foram feitos nestes campos, mas claramente mais trabalho precisa de ser feito.

Como você pensa a velocidade da imagem lactente pode ser melhorado?

Os Conceitos que exigem menos fotão emissores alcançar a mesma definição, tal como MINFLUX, podem ser aperfeiçoados mais a fim alcançar a definição molecular verdadeira do máximo isto é (1 nanômetro) com um número mínimo de fotão detectados da fluorescência, dizem < 30 eventos da detecção. Um uso tão eficaz de fotão da fluorescência acelerará a imagem lactente do nanoscale enorme.

Que impacto você pensa a microscopia super da definição tem na neurociência?

Apenas imagine um microscópio que forneça a definição molecular da escala a invasão mínima. Eu penso que o impacto de tal ferramenta será enorme. Por exemplo, nós devemos poder desembaraçar inteiramente a distribuição das proteínas na sinapse e ver igualmente muitas das moléculas relevantes na acção.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

A revisão a mais recente de aplicações nanoscopy da fluorescência é por S.Sahl, S.W. Inferno, S. Jakobs no Rev Nat Mol Pilha Bio (2017).

A Informação sobre os princípios básicos de fluorescência nanoscopy (superresolution) é descrita em minha leitura de Nobel: “Nanoscopy com Luz focalizada (Leitura) de Nobel” Angew. Chem. Int. Ed. 54, 8054-8066 (2015)

Sobre o Dr. Stefan W. Inferno

Stefan W. Inferno é um físico reconhecido para sua pesquisa de abertura de caminhos em nanoscopy óptico em campo afastado, igualmente sabido como a microscopia da super-definição.

Depois Que os estudos em Heidelberg (PhD em 1990) e no trabalho pos-doctoral no Laboratório de Biologia Molecular Europeu, Inferno apresentaram o princípio de microscopia de STED quando em uma bolsa de estudo da pesquisa em Turku, Finlandia (1994).

A ideia subjacente, a saber de moléculas de distinção em escalas do comprimento do subdiffraction transiente preparando um subconjunto delas em um estado da não-sinalização, é a base de todos os conceitos difracção-ilimitados práticos da microscopia de fluorescência da super-definição até agora.

Para estas realizações, o Inferno recebeu concessões numerosas. Em 2014 compartilhou do Prêmio de Kavli em Nanoscience e do Prémio Nobel na Química. O Inferno é um director no Max Planck Institute para a Química Biofísica em Göttingen, e no Max Planck Institute para a Investigação Médica em Heidelberg (ambo Alemanha).