光學顯微學解決方法革命

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

與斯蒂芬 W. Hell,最大 Planck 學院的最大 Planck 學院的主任生物物理學的化學在 Göttingen 和主任博士的一次面試醫學研究對海得爾堡,執行在 4月 Cashin-Garbutt 前, MA (Cantab)

最近宣佈您在 Pittcon 存在完全演講 2018年。 什麼將是您的演講主要焦點?

我將談論這個簡單,但是根本想法准許衝破衍射障礙在熒光顯微法以及關於 nanoscopy 的 MINFLUX,在第一次提供真的分子解決方法以可見光和標準物端透鏡的域的後期發展。

什麼是這個關鍵字對衝破在螢光生命科學顯微鏡的衍射障礙? 衍射的解決方法限制的角色如何解決了?

在 20th 世紀,光學顯微鏡獨自地依靠在空間的集中的光分隔的 (=resolution) 相鄰微小的功能。 或者他們一樣尖銳一樣尖銳集中照明光儘可能在這個範例並且/或者熒光光儘可能於這臺探測器。

作為一比在衍射產生的一定程度上,這個解決方法被限制了到 200 毫微米不能尖銳集中光。 關鍵想法是分隔螢光功能或分子不通過集中,而且通過臨時啟用他們的熒光斷斷續續,以便位於的功能更加緊密比 200 毫微米能由他們的連續放射一起區分。

赊帳: Chmyrov, A.,等 (2013)。 Nanoscopy 與超過 100,000' 多福餅的。 本質方法, 10(8), 737-740。 MPI 生物物理學的化學, Göttingen,德國。

對圖像的能力透明範例內部,例如活細胞和組織,在 nanoscale 有什麼影響在生命科學?

數十個科學研究在神經生物學,細胞生物學和在許多其他科學領域執行了與熒光 nanoscopy 別名 superresolution 顯微學。

因為顯微鏡變得緊湊,易用和較低花費,實際上所有生命科學實驗室環球在他們的各自域將必須利用這個優越解決方法為了跟上。

在我的意圖,瀏覽共焦的顯微鏡的每條 (唯一) 射線應該有 STED 選項。 或者,所有 epifluorescence 顯微鏡可以容易地被升級到一個共焦的 STED 系統。

在手段的什麼改善您要不要在將來發現?

手段將變得堅固性,可靠和經濟。 實際上, STED 顯微學的最新的版本小於鞋盒的範圍提供科技目前進步水平多色解決方法 < 30 毫微米以一個緊湊模塊。 價牌比是較少早期的系統五分之一。 而且,在字面上任何現代 epifluorescence 顯微鏡,沒有問題上的模塊適應,如果挺直或倒置。

我們到達了绝對限額? 您是否是否認為它將是可能發現分子的功能,例如對稱?

nanoscopy 熒光的晚版, MINFLUX 的確獲得了分子縮放比例 (~1 毫微米) 空間分辨率。 這是最終限額,因為在熒光顯微法螢光標籤根本地產生最終決議界限,作為能將被看見的原生質的代理。

是,我可以想像使用 STED 和相關技術,然而,一個應該看到分子對稱將是完全不同的應用領域。

什麼是仍然需要解決的主要挑戰?

假設 MINFLUX 獲得了最終限額,我相信增加想像速度的那,即使時候解決與最高分辨率的分子減到最小將是主要研究推力。

其他方面將是範例兼容性和搜尋對被改進的標記的技術。 標籤需要是小和最低限度地干擾。 許多進展在這些域取得了,但是更多工作明顯地需要被完成。

您如何認為想像速度可以改進?

要求少量散發的光子獲得同一個解決方法,例如 MINFLUX 即的概念,可以進一步被優選為了獲得與檢測熒光光子的一個最小的編號的最大數量真的分子 (1 毫微米) 解決方法,說 < 30 個檢測活動。 對熒光光子的這樣有效使用將加速 nanoscale 想像極大。

您認為什麼影響超級解決方法顯微學將有在神經科學?

請请想像提供分子縮放比例解決方法以最小的入侵的一個顯微鏡。 我認為這樣工具的影響將是極大的。 例如,我們應該能充分地解開蛋白質的配電器在突觸並且發現許多在活動的相關分子。

閱讀程序在哪裡能找到更多信息?

熒光 nanoscopy 應用最近回顧是由 S.Sahl, S.W. Hell,在 Nat Mol Cell Bio 的 S. Jakobs (2017)。

關於 nanoscopy 熒光的基本的原則的信息 (superresolution) 在我的諾貝爾演講被描述: 「與集中的光 (諾貝爾演講)」 Angew 的 Nanoscopy。 Chem。 Int. 愛德。 54, 8054-8066 (2015)

關於斯蒂芬 W. Hell 博士

斯蒂芬 W. Hell 是為他對遠端場光學 nanoscopy,亦稱超解決方法顯微學的作早期工作在的研究認可的物理學家。

在海得爾堡 (在 1990 PhD) 後和博士後的工作在歐洲分子生物學實驗室,地獄的研究在研究同伴關係計劃了 STED 顯微學的原則,當在圖爾庫,芬蘭時 (1994)。

基礎想法,即在 subdiffraction 長度縮放比例的辯明的分子通過臨時準備一個子集的他們在非信號狀態,迄今強調所有實用的衍射無限的超解決方法熒光顯微法概念。

对這些成績,地獄獲得了許多證書。 在 2014年他在 Nanoscience 共享 Kavli 獎和在化學的諾貝爾獎。 地獄是主任在生物物理學的化學最大 Planck 學院在 Göttingen 和在醫學研究最大 Planck 學院對海得爾堡 (兩德國)。