محققان دانشگاه توکیو با ساخت یک میکروسکوپ دونوره توانستند حرکات میکرو و نانو را هم‌زمان ثبت کنند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این میکروسکوپ جدید توانایی ثبت سیگنال‌ها را در گستره‌ای ۱۴ برابر وسیع‌تر از میکروسکوپ‌های معمول دارد. این دستگاه بدون نیاز به رنگ‌آمیزی، نور پراکنده‌شده در جهت جلو و عقب را ثبت می‌کند، به سلول‌های زنده آسیبی نمی‌رساند و امکان پایش طولانی‌مدت نمونه‌ها را فراهم می‌آورد. تیم تحقیقاتی معتقد است که این فناوری پتانسیل بالایی برای آزمایش‌های دارویی و بیوتکنولوژی دارد.
با وجود پیشرفت‌های چشمگیر، میکروسکوپی مدرن هنوز با محدودیت‌هایی مواجه است، به عنوان مثال، میکروسکوپی فاز کمی تنها از نور پراکنده جلو برای تشخیص ویژگی‌های بالاتر از حدود ۱۰۰ نانومتر بهره می‌برد.
میکروسکوپ‌های سنتی برای مشاهده جزئیات ساختار سلولی مفید هستند، اما در مواجهه با اهداف بسیار کوچک محدودیت دارند. میکروسکوپ پراکندگی تداخلی، قادر به ردیابی پروتئین‌های منفرد است، اما دید گسترده‌ای از کل سلول ارائه نمی‌کند. کوهکی هوریه از محققان پروژه گفت: «هدف من درک فرایندهای دینامیک درون سلول‌های زنده با روش‌های غیرتهاجمی است.» به همین دلیل، تیم تحقیقاتی تصمیم گرفت هر دو روش را در یک سیستم یکپارچه کند.
هوریه و همکاران او، کیئیچیرو تودا، تاکوما ناکامورا و تاکورو ایدگوچی، قصد داشتند محدودیت‌های اندازه را از میان بردارند و حرکات میکرو و نانو را هم‌زمان ثبت کنند. آنها یک میکروسکوپ دونوره ساخته‌اند که نور پراکنده جلو و عقب را به‌صورت هم‌زمان اندازه‌گیری می‌کند و آن را با مشاهده مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلول آزمایش کردند. تیم تصویری ثبت کرد که اطلاعات هر دو کانال را در خود جای داده است و امکان بررسی تغییرات در مقیاس‌های مختلف را بدون آسیب به سلول فراهم می‌آورد. تودا توضیح داد: «چالش بزرگ ما جداسازی دقیق دو نوع سیگنال از یک تصویر، حفظ نویز پایین و جلوگیری از اختلاط آنها بود.» پژوهشگران با بهینه‌سازی اپتیک و روش‌های تحلیلی موفق شدند دو سیگنال را به‌صورت متمایز نگه دارند.
بیشتر بخوانید: ثبت موقعیت سه‌بعدی مولکول‌ها با میکروسکوپ هیبریدی سه‌بعدی
حتما ببینید: برندگان مسابقه سالانه عکاسی میکروسکوپی علمی اعلام شد
روش عملکرد میکروسکوپ دونوره
این دستگاه توانایی ثبت هم‌زمان حرکت ساختارهای سلولی بزرگ و ذرات میکروسکوپی را دارد و با تحلیل نور پراکنده جلو و عقب، اندازه ذرات و ضریب شکست آنها را تعیین می‌کند. ضریب شکست نشان می‌دهد نور هنگام عبور از یک ذره چقدر انحراف می‌یابد و می‌تواند اطلاعات دقیقی درباره ترکیب یا وضعیت ذره ارائه دهد. این رویکرد یکپارچه مزایای قابل توجهی دارد: نیاز به استفاده از چندین ابزار تصویربرداری را کاهش می‌دهد و مسیر تحلیل داده‌ها را کوتاه‌تر می‌کند. نبود رنگ‌های نشانگر، این روش را برای مطالعات بلندمدت مناسب می‌سازد، چرا که رنگ‌ها می‌توانند رفتار طبیعی سلول‌ها را تغییر دهند. تودا بیان کرد: «برنامه ما مطالعه ذرات کوچک‌تر، شامل اگزوزوم‌ها و ویروس‌ها در نمونه‌های مختلف است.»
همچنین این تیم قصد دارد مسیر حرکت سلول‌ها به سمت مرگ را نقشه‌برداری کند و یافته‌ها را با سایر تکنیک‌ها تایید نماید. این روش می‌تواند در توسعه دارو و ارزیابی کیفیت سلول‌ها نقش موثری داشته باشد و تصویربرداری بلندمدت بدون برچسب، امکان ردیابی تغییرات ظریف ساختاری را فراهم کند که ابزارهای دیگر قادر به دیدن آنها نیستند. پژوهشگران همچنان در حال بهبود سیستم هستند و پیش‌بینی می‌کنند با افزایش نیاز آزمایشگاه‌ها به مشاهده هم‌زمان مقیاس‌های میکرو و نانو بدون آسیب به نمونه‌ها، کاربرد آن به طور گسترده‌ای افزایش یابد.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
