флуоресцентная наноскопия


флуоресцентная наноскопия
Термин
флуоресцентная наноскопия
Термин на английском
fluorescence nanoscopy
Синонимы
Аббревиатуры
TIRFM, 4Pi, I5M, I5S, STED, GSD, SPEM (SSIM), RESOLFT, PALM, STORM, PAINT
Связанные термины
конфокальная микроскопия, флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения, флуоресцентная микроскопия, двухфотонная микроскопия
Определение
метод детектирования флуоресцентных объектов с помощью оптического микроскопа, обладающая пространственным разрешением, в несколько раз превышающим теоретический предел оптической дифракции (~200 нм)
Описание

В последние годы было разработано несколько новых подходов в области флуоресцентной микроскопии, которые позволили преодолеть дифракционный барьер оптического разрешения и достичь беспрецедентного разрешения ~10 нм. Эти методы стали объединять общим термином флуоресцентная наноскопия.

Cистемы флуоресцентной наноскопии построены на трёх принципиально различающихся подходах:

1) улучшение фокусировки за счёт создания новых оптических схем и применения объективов с высокой угловой апертурой (4Pi, I5M и I5S микроскопия);

2) использование явления полного внутреннего отражения (total internal reflection fluorescence microscopy, TIRFM);

3) контролируемое “включение” и “выключение” флуоресцентных молекул и последовательное их детектирование (STED, GSD, SPEM (SSIM), RESOLFT, (F)PALM, STORM, PAINT) [1].

Можно предвидеть несколько приложений флуоресцентных наноскопических методов в биологии и медицине. Наноскопия позволяет напрямую изучать взаимодействия между белками, ДНК и РНК, и, следовательно, может сыграть существенную роль в развитии геномики и протеомики, в изучении физиологии клетки, в понимании патофизиолоических механизмов, связанных с нарушением образования сложных белковых комплексов и т.п. [2].

Перечисленные подходы рассмотрены далее более подробно.

1) 4Pi и I5M реализованы на основе двухобъективной системы, которая позволяет улучшить разрешение вдоль оптической оси до 80 нм благодаря суммированию в фокальной точке двух встречных сферических фронтов света. I5S обладает улучшенным разрешением и в фокусной плоскости (до 100 нм).

2) TIRFM позволяет детектировать флуоресцентные объекты в пограничном слое толщиной ~100 нм с разрешением до 10 нм (см. “флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения”).

3) STED, GSD, SPEM (SSIM), RESOLFT, (F)PALM, STORM, PAINT. Поглощение кванта света молекулой сопровождается переходом электрона с основного энергетического уровня (S0) на возбуждённый флуоресцентный уровень (синглетный S1 или триплетный T1). Поглощение также может индуцировать обратимые внутримолекулярные перестройки (например, cis?trans изомеризацию), в результате которых образуется новое состояние молекулы с другими флуоресцентными свойствами. Любой из этих переходов может быть использован для включения/выключения флуорофоров и увеличения разрешения.

Так, микроскопия “снижения стимулированной эмиссии” (stimulated emission depletion (STED) microscopy) основана на одновременном применении двух лучей света – фокусированного луча, возбуждающего флуорофор в центральной зоне (S0?S1), и луча, который в фокусной плоскости имеет форму бублика и тушит флуорофоры вокруг центральной зоны (S1?S0). Таким образом, флуоресценция регистрируется лишь из “дырки бублика”. Разрешение метода определяется законом d = l / (2n * sina * (1 + a * Imax / Is)1/2), где Is – мощность излучения, необходимая для обеспечения преимущественного перехода S1?S0; Imax – мощность излучения тушения. Таким образом, разрешение оказывается регулируемым (зависит от мощности источника) и теоретически бесконечным (Imax / Is ? ?). На практике достигнут порог ~10 нм, что соответствует размерности биологических макромолекул [1].

На аналогичном принципе построена микроскопия насыщенного структурированного освещения (saturated structured illumination microscopy (SSIM) или saturated pattern excitation microscopy (SPEM)). Микроскопия “снижения основного состояния” (ground state depletion (GSD) microscopy) реализует похожий принцип, но тушит возбуждённое состояние за счёт перехода молекулы в более долгоживущее T1 состояние. Наконец, микроскопия “обратимого насыщенного оптического флуоресцентного перехода” (reversible saturable optical fluorescent transition, RESOLFT), микроскопия “локализованной фотоактивации” (photoactivation localization microscopy, PALM) и “стохастической оптической реконструкции” (stochastic optical reconstruction microscopy, STORM) основаны на включении/выключении флуорофоров за счёт их фотохимической изомеризации.

Анализ расположения флуорофоров в 3D пространстве осуществляется этими методами по-разному. STED, GSD, SPEM/SSIM и RESOLFT используют оптическую фокусировку для последовательной регистрации сигнала из заданных координат пространства; PALM и STORM выключают флуорофоры случайным образом и одновременно производят накопление сигналов от включённых флуорофоров, расположенных на дистанции >l/(2n sina).


 

Авторы
  • Борисенко Григорий Геннадиевич, к.б.н.
Ссылки
  1. Hell S.W. Far-Field Optical Nanoscopy // Science - 316, 2007 - pp. 1153-1158
  2. Peters R. From fluorescence nanoscopy to nanoscopic medicine // Nanomedicine - 3, 2008 - pp. 1-4
Иллюстрации
Теги
Разделы
Люминесцентная микроскопия
Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов

Энциклопедический словарь нанотехнологий. — Роснано. 2010.

Смотреть что такое "флуоресцентная наноскопия" в других словарях:

  • флуоресцентная микроскопия — Термин флуоресцентная микроскопия Термин на английском fluorescence microscopy Синонимы Аббревиатуры Связанные термины биосенсор, клетка, конфокальная микроскопия, флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения, электронный микроскоп,… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения — Термин флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения Термин на английском total internal reflection fluorescence microscopy Синонимы Аббревиатуры TIRFM Связанные термины клетка, флуоресцентная микроскопия, флуоресцентная наноскопия… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • конфокальная микроскопия — Термин конфокальная микроскопия Термин на английском confocal microscopy Синонимы Аббревиатуры Связанные термины микроскопия, флуоресцентная микроскопия, двухфотонная микроскопия, флуоресцентная наноскопия Определение метод детектирования… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • двухфотонная микроскопия — Термин двухфотонная микроскопия Термин на английском two photon microscopy Синонимы Аббревиатуры Связанные термины конфокальная микроскопия, флуоресцентная микроскопия, флуоресцентная наноскопия Определение метод детектирования флуоресцентных… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Люминесцентная микроскопия — Статьивекторы на основе наноматериаловгенная инженериягибридные материалыДНК микрочипмикроморфологиянаносомыпротеомпротеомикафлуоресцентная микроскопия полного внутреннего отраженияфлуоресцентная наноскопия (Источник: «Словарь основных …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов — ПодразделыЗондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно силовая, сканирующая туннельная, магнитно силовая и др.Сканирующая электронная микроскопияПросвечивающая электронная микроскопия, в том числе высокого разрешенияЛюминесцентная… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.