Szkiełka poprawiające właściwości optyczne
Do obrazowania komórek w czasie rzeczywistym potrzebne są techniki charakteryzujące się wysoką rozdzielczością w szerokim polu, dobrym kontrastem, szybkim pozyskiwaniem danych oraz wydajnym przetwarzaniem sygnału. Postępy w mikroskopii fluorescencyjnej nie pozwalały dotąd na szybkie rejestrowanie obrazów o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, co umożliwiłoby stworzenie platformy do obrazowania dynamiki molekularnej w czasie rzeczywistym. Techniki fluorescencyjne nie zapewniają odpowiedniej rozdzielczości ze względu na falowy charakter światła. Finansowany ze środków UE zespół badawczy opracował biokompatybilne syntetyczne struktury i nanostruktury mezoskopowe o zupełnie nowych właściwościach optycznych. W ramach projektu "Super-resolution fluorescence microscopy based on artificial mesoscopic structures" (SMARTS) powstały materiały, które można wykorzystać jako szkiełka mikroskopu do badania procesów w żywych komórkach. Nowe syntetyczne materiały zoptymalizowano i opisano, w tym także przebadano pod kątem biokompatybilności. Metody nanowytwarzania okazały się proste i niedrogie. Dzięki zunifikowanym protokołom hodowla żywych komórek była nieskomplikowana i umożliwiła uzyskanie niezwykłej rozdzielczości osiowej rzędu około 10 nm. Ponadto zaawansowana technika pozwala wyeliminować skanowanie, co znacznie skraca czas rejestrowania i przetwarzania obrazu. Wyniki badania zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Uczeni badali zbudowany przez siebie nanostrukturalny materiał w analizie rezonansowego przeniesienia energii w mechanizmie Förstera (FRET). Jest to technika obrazowania fluorescencyjnego wykorzystująca fluorofor donorowy i fluorofor receptorowy. Jest on doskonałym czujnikiem przy bardzo małych odległościach, ale nie sprawdza się przy większych odległościach. Zespół wykazał, że za sprawą zjawiska mechaniki kwantowej (zdolność nanostruktury do wspierania modów plazmonów powierzchniowych), stworzone przez nich nanostruktury mogą wzmacniać bardzo słaby sygnał FRET. Jest to ważne odkrycie, ponieważ większość innych technik wzmacniających FRET nie jest biokompatybilna. Zakończenie projektu SMARTS nie oznacza końca prac nad technologią. Zespół planuje wykorzystać w ciągu najbliższych dwóch lat te materiały i techniki w funkcjonalnej platformie do obrazowania. Współpraca z renomowanym laboratorium badającym komórkowe przekazywanie sygnałów przy pomocy FRET daje nadzieję na przyspieszenie optymalizacji i wprowadzenia technologii na rynek.
Słowa kluczowe
Obrazowane w czasie rzeczywistym, szkiełko mikroskopu, struktury mezoskopowe, nanostruktury, mikroskopia fluorescencyjna