Физики из Калифорнийского технологического института разработали новую технологию микроскопии. Она объединяет два разных метода — инфракрасную спектроскопию и флуоресцентную микроскопию — и позволяет наблюдать биологические процессы в живых клетках с рекордной детализацией на уровне отдельных молекул.
Флуоресцентная микроскопия использует специальные маркеры — флуоресцентные метки, с помощью которых помечаются определенные молекулы или другие микроскопические структуры. Под воздействием света с определенной длиной волны такие структуры начинают светиться, и микроскоп улавливает такое свечение.
Инфракрасная спектроскопия анализирует колебания химических связей, удерживающих атомы внутри молекулы вместе. В этом методе образец, который нужно исследовать, облучается инфракрасным светом. Эта «бомбардировка» фотонами заставляет связи молекул материала вибрировать таким образом, что можно определить их тип. Колебания тройной связи «звучит» иначе, чем у одинарной, а колебания атома углерода, связанного с другим атомом углерода, отличаются от связи углерода и азота.
Исследователи разработали устройство, которое комбинирует два этих метода. Сначала образец окрашивается флуоресцентным красителем, который связывается с молекулами, выбранными для визуализации. Затем на него направляется импульс инфракрасного света с частотой, необходимой для возбуждения связей внутри молекулы. Следом на ту же связь падает импульс с более высокой энергией, который заставляет краситель светиться. При этом разные молекулы можно пометить разными цветами. В результате микроскоп может отображать целые клетки или отдельные молекулы в динамике.
Флуоресцентная микроскопия позволяет наблюдать за отдельными молекулами, но не дает детальной информации об их химическом устройстве. С другой стороны, вибрационная микроскопия предоставляет богатую химическую информацию, но работает только тогда, когда нужная молекула присутствует в большом количестве. Новая технология объединяет сильные стороны обоих методов, говорят разработчики.
Можно маркировать и отображать множество различных целей из одного и того же образца одновременно и раскрывать молекулярное разнообразие жизни в ошеломляющих деталях. Мы надеемся, что в ближайшем будущем сможем продемонстрировать возможности визуализации с десятками цветов в живых клетках.
Лу Вей, соавтор исследования
