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新的超分辨率显微镜方法接近原子尺度

导读威尔康奈尔医学院的科学家们开发了一种计算技术,可以大大提高原子力显微镜的分辨率,原子力显微镜是一种感觉表面原子的特殊类型的显微镜。

威尔康奈尔医学院的科学家们开发了一种计算技术,可以大大提高原子力显微镜的分辨率,原子力显微镜是一种“感觉”表面原子的特殊类型的显微镜。该方法揭示了正常生理条件下蛋白质和其他生物结构的原子级细节,为细胞生物学、病毒学和其他微观过程打开了一个新窗口。

在 6 月 16 日发表在《自然》杂志上的一项研究中,研究人员描述了这项新技术,该技术基于一种用于提高光学显微镜分辨率的策略。

为了以高分辨率研究蛋白质和其他生物分子,研究人员长期以来一直依赖两种技术:X 射线晶体学和冷冻电子显微镜。虽然这两种方法都可以确定分子结构,直到单个原子的分辨率,但它们是在分子支架上确定的,或者在超低温下冷冻,可能会改变它们的正常生理形状。原子力显微镜(AFM)可以在正常生理条件下分析生物分子,但所得图像模糊且分辨率低。

“原子力显微镜可以轻松解析物理学中、硅酸盐固体表面和半导体上的原子,因此这意味着机器原则上具有做到这一点的精度,”资深作者、生理学和生物物理学教授 Simon Scheuring 博士说。威尔康奈尔医学院的麻醉学。“这项技术有点像你拿笔扫描落基山脉,这样你就能得到物体的地形图。实际上,我们的笔是一根针,锋利到几个原子,而物体是单个蛋白质分子。”

然而,生物分子有许多摆动的小部分,模糊了它们的 AFM 图像。为了解决这个问题,Scheuring 博士和他的同事们采用了一种来自光学显微镜的概念,称为超分辨率显微镜。“从理论上讲,光学显微镜不可能分辨距离小于光波长一半的两个荧光分子,”他说。然而,通过刺激相邻分子在不同时间发出荧光,显微镜师可以分析每个分子的扩散并高精度地确定它们的位置。

Scheuring 博士的团队指出,在 AFM 扫描过程中记录的生物分子的自然波动产生了类似的位置数据传播,而不是刺激荧光。第一作者 George Heath 博士,在研究时是威尔康奈尔医学院的博士后助理,现在是利兹大学的教员,从事实验和计算模拟的循环,以更深入地了解 AFM 成像过程。从尖端和样品之间的原子相互作用中详细提取并提取最大信息。

使用超分辨率分析等方法,他们能够提取运动分子的更高分辨率图像。继续地形类比,Scheuring 博士解释说,“如果岩石(即原子)上下摆动一点,你可以检测到这个,然后那个,然后你随着时间的推移对所有检测进行平均,你会收到高 -分辨率信息。”

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