Langdurige super-microscopie: nanografenen staan ​​langere observatietijden toe

De Nobelprijs voor de chemie van 2014 werd toegekend voor de ontwikkeling van superopresultaten fluorescentiemicroscopie, waaronder STED (gestimuleerde emissie-uitputting) microscopie. Deze methode kan worden gebruikt om processen, bijvoorbeeld in cellen, met een bijzonder hoge resolutie te observeren.

Onderzoekers van het Max Planck Institute hebben deze methode nu verbeterd door traditionele fluoroforen te vervangen door nanografen, waardoor de observatie van langere duurprocessen mogelijk is, een beperking van STED-microscopie tot nu toe te overwinnen.

Conventionele microscopen zijn beperkt in hun resolutie van ongeveer 200 nm, zoals beschreven door natuurkundige Ernst Abbe in de 19e eeuw. Interessante processen komen echter op een lengte schaal onder deze limiet, met name in biologische cellen. STED -microscopie overwint deze barrière en bereikt de oplossing tot 10 keer beter dan conventionele methoden.

STED -microscopie maakt gebruik van kleine fluorescerende deeltjes – fluoroforen – in het monster dat gloeit (fluorescentie) met behulp van een excitatielaser. Een tweede laserstraal met een donutvormige dwarsdoorsnede kan de fluorescentie in een ringvormig gebied deactiveren, waardoor slechts een kleine centrale plek (kleiner dan 200 nm) nog steeds gloeit. Het scannen van deze straalcombinatie over het monster creëert een beeld met hoge resolutie.

De belangrijkste beperking van traditionele STED -microscopie is het vervagen van fluoroforen onder langdurige verlichting. Dit is met name problematisch voor het observeren van langdurige processen die herhaald scannen vereisen.

Onderzoekers onder leiding van Xiaomin Liu bij de MPI voor polymeeronderzoek, in samenwerking met Akimitsu Narita en Ryota Kabe van het Okinawa Institute of Science and Technology, hebben dit probleem aangepakt door nanometer-sized nanographeen-deeltjes te gebruiken.

Voor nanografen kan het fluorescentie -vervagingsproces direct in het monster worden teruggedraaid. De verlichting van het nanographene met de doughnut-vormige straal wordt voor dit doel gebruikt: deze verlichting, om zo te zeggen, herstelt het vermogen van het nanographene om te gloeien.

Deze nieuwe methode, gepubliceerd in Natuurcommunicatieopent nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van eerder niet-waarneembare processen met behulp van superresolutiemicroscopie. De mogelijkheid om nanografen te reactiveren met inherent hoge fotonaantallen maakt ze ideaal voor langdurige microscopiemethoden, waardoor hun toepassingen in de biologie en materiaalwetenschap mogelijk worden uitgebreid.