Optisk microscopyupplösningsrotation

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

En intervju med Dr. Stefan W. Helvete, Direktör på det Max Planck Institutet för Biophysical Kemi i Göttingen och Direktör på det Max Planck Institutet för Medicinsk forskning i Heidelberg, förade vid April Cashin-Garbutt, MODERN (Cantab)

Det meddelades för en tid sedan att du ska framlägger det Fullständigt Föreläser på Pittcon 2018. Ska Vad är det huvudsakligt fokuserar av ditt föreläser?

Jag ska samtal om den enkel men grundidén, att tillåtet bryta diffractionbarriären i fluorescencemicroscopy såväl som om nanoscopy MINFLUX, den senaste utvecklingen i sätta in som för den första tiden ger riktig molekylär upplösning med synliga ljusa och standarda sakliga linser.

Var Vad det nyckel- till att bryta diffractionbarriären i ett fluorescerande vetenskaperna om olika organismers beskaffenhetmikroskop? Hur var denbegränsande rollen av diffraction betagen?

I århundradetth 20 relied ljusa mikroskop endast på fokusering lätt i utrymme för avskiljandet (=resolution) av närgränsande mycket lilla särdrag. Endera de fokuserade belysningen lätt så skarpt som möjligheten på ta prov och/eller fluorescencen som var ljusa så skarpt som möjlighet på avkännaren.

Som en inte kan fokusera det ljust skarpare än till en grad som ges av diffraction, begränsades upplösningen till 200 nanometers. Den nyckel- idén var att avskilja fluorescerande särdrag eller molekylar, inte genom att fokusera utan vid övergående roterande deras fluorescence 'På/av', så att att bo för särdrag som var mer nära tillsammans än 200 nm, kunde vara distingerat vid deras sekventiella utsläpp.

Kreditera: Chmyrov A., o.a. (2013). Nanoscopy med mer än 100.000' munkar. Naturmetoder, 10(8), 737-740. Biophysical Kemi för MPI, Göttingen, Tyskland.

Vad får effekt har kapaciteten att avbilda inre av genomskinligt tar prov, liksom bosatt celler och silkespapper, på nanoscalen haft på vetenskaperna om olika organismers beskaffenhet?

Massor av vetenskapliga studier i neurobiology, cellbiologi och i många andra områden av vetenskap har burits ut med för pseudonymsuperresolution för fluorescence nanoscopy microscopy.

Som mikroskopen är passande kompakt, enkla att använda och mindre dyra, faktiskt måste alla vetenskaperna om olika organismers beskaffenhetlaboratorium runt om den ska världen att ta fördel av den överlägsna upplösningsför att uppehället upp i deras respektive sätter in.

I mitt beskåda, varje (singeln) strålar det avläsande confocal mikroskopet bör ha ett STED-alternativ. Alternativt kan något epifluorescencemikroskop lätt förbättras till ett confocal STED-system.

Skulle Vilka förbättringar i instrumentation dig som var lik att se i framtiden?

Instrumentation ska bliven kraftfull, pålitligt och ekonomiskt. Faktiskt ger de senaste versionerna av STED-microscopy statlig-av--konst multicolor upplösning < 30 nm med en mindre kompakt enhet, än storleksanpassa av skor boxas. Prislappen är mindre än en fifth av tidig sortsystem. Dessutom enhetspassformarna på formligen något modernt epifluorescencemikroskop, ingen materia, om upprätt eller inverterat.

Har vi nett evig sanning för att begränsa ännu? Är du funderare ska det möjligheten som ser särdrag av molekylarna, liksom symmetrier?

Den nanoscopy senaste upplagan av fluorescence, MINFLUX, har sannerligen nått fram till molekylär rumslig upplösning för fjäll (~1 nm). Detta är det ultimat begränsar, därför att i fluorescencemicroscopy som den ultimat upplösningen begränsar, ger sig ultimately av det fluorescerande märker sig, som agerar som närståendear för att biomoleculesna ses.

Ja kan Jag föreställa att en bör se molekylära symmetrier genom att använda STED och släkta tekniker, emellertid, som ska är ett helt olikt område av applikationen.

Är Vad de huvudsakliga utmaningarna att stilla behöv att vara betaget?

Givet, att MINFLUX har nått fram till det ultimat, begränsa, Mig tror, att ökande avbilda rusar, minimerar dvs. tiden att lösa molekylar med ska högst upplösning är en ha som huvudämneforskningframstöt.

Andra aspekter ska är tar prov förenlighet och sökanden för förbättrade märkande tekniker. Etiketter behöver att vara lilla och störa minsta. Raddaframsteg har gjorts i dessa sätter in, men klart behöver mer arbete att göras.

Hur rusar du funderare avbilda kan förbättras?

Begrepp, som kräver mer få sända ut fotoner att nå fram till den samma upplösningen, liksom MINFLUX, kan optimeras vidare för att nå fram till maximat dvs. som riktig molekylär upplösning (1 nm) med ett minsta numrerar av avkända fluorescencefotoner, något att säga < 30 upptäcktshändelser. Ett Sådan effektivt bruk av ska fluorescencefotoner rusar upp nanoscale som oerhört avbildar.

Vad får effekt du toppen ska upplösningsmicroscopy för funderare har på neuroscience?

Föreställ Precis ett mikroskop som ger molekylär fjällupplösning med minsta invasion. Jag funderare som få effekt av en sådan bearbeta ska, är jättelik. Till exempel bör vi vara kompetent fullständigt att riva upp fördelningen av proteiner på synapsen och också att se många av de relevant molekylarna i handling.

Var kan avläsare finna mer information?

De nyast granskar av fluorescence som nanoscopy applikationer är vid S.Sahl, S.W. Helvete, S. Jakobs i Nat Bio VarvMol Cell (2017).

Information om de nanoscopy grundläggande principerna av fluorescence (superresolutionen) beskrivas i min Nobel föreläser: ”Nanoscopy med fokuserade Lätt (Nobel Föreläser),” Angew. Chem. Int. Ed. 54 8054-8066 (2015)

Om Dr. Stefan W. Helvete

Stefan W. Helvete är en fysiker igenkänd för hans banbrytande forskning lång-sätter in in optiskt nanoscopy, också bekant som toppen-upplösning microscopy.

Efter studier i Heidelberg (PhD i 1990) och postdoctoral arbete på det Molekylära BiologiLaboratoriumet för Europén, Helvete lade ut principen av STED-microscopystunder på en forskninggemenskap i Turku, Finland (1994).

Den bakomliggande idén, namely av omdömesgilla molekylar på subdiffractionlängdfjäll, genom övergående att förbereda en underdel av dem i en statlig non-signalerande, underligger alla praktiska diffraction-obegränsade begrepp för toppen-upplösning fluorescencemicroscopy hitintills.

För dessa prestationer har Helvete mottagit talrika utmärkelsear. I 2014 delade han den Kavli Prisen i Nanoscience och den Nobel Prisen i Kemi. Helvete är en direktör på det Max Planck Institutet för Biophysical Kemi i Göttingen och på det Max Planck Institutet för Medicinsk forskning i båda Heidelberg (Tysklandet).