威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們開發(fā)了一種計(jì)算技術(shù)，可以大大提高原子力顯微鏡的分辨率，原子力顯微鏡是一種“感覺”表面原子的特殊類型的顯微鏡。該方法揭示了正常生理?xiàng)l件下蛋白質(zhì)和其他生物結(jié)構(gòu)的原子級(jí)細(xì)節(jié)，為細(xì)胞生物學(xué)、病毒學(xué)和其他微觀過程打開了一個(gè)新窗口。
在 6 月 16 日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究中，研究人員描述了這項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)基于一種用于提高光學(xué)顯微鏡分辨率的策略。
為了以高分辨率研究蛋白質(zhì)和其他生物分子，研究人員長期以來一直依賴兩種技術(shù)：X 射線晶體學(xué)和冷凍電子顯微鏡。雖然這兩種方法都可以確定分子結(jié)構(gòu)，直到單個(gè)原子的分辨率，但它們是在分子支架上確定的，或者在超低溫下冷凍，可能會(huì)改變它們的正常生理形狀。原子力顯微鏡(AFM)可以在正常生理?xiàng)l件下分析生物分子，但所得圖像模糊且分辨率低。
“原子力顯微鏡可以輕松解析物理學(xué)中、硅酸鹽固體表面和半導(dǎo)體上的原子，因此這意味著機(jī)器原則上具有做到這一點(diǎn)的精度，”資深作者、生理學(xué)和生物物理學(xué)教授 Simon Scheuring 博士說。威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的麻醉學(xué)。“這項(xiàng)技術(shù)有點(diǎn)像你拿筆掃描落基山脈，這樣你就能得到物體的地形圖。實(shí)際上，我們的筆是一根針，鋒利到幾個(gè)原子，而物體是單個(gè)蛋白質(zhì)分子。”
然而，生物分子有許多擺動(dòng)的小部分，模糊了它們的 AFM 圖像。為了解決這個(gè)問題，Scheuring 博士和他的同事們采用了一種來自光學(xué)顯微鏡的概念，稱為超分辨率顯微鏡。“從理論上講，光學(xué)顯微鏡不可能分辨距離小于光波長一半的兩個(gè)熒光分子，”他說。然而，通過刺激相鄰分子在不同時(shí)間發(fā)出熒光，顯微鏡師可以分析每個(gè)分子的擴(kuò)散并高精度地確定它們的位置。
Scheuring 博士的團(tuán)隊(duì)指出，在 AFM 掃描過程中記錄的生物分子的自然波動(dòng)產(chǎn)生了類似的位置數(shù)據(jù)傳播，而不是刺激熒光。第一作者 George Heath 博士，在研究時(shí)是威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的博士后助理，現(xiàn)在是利茲大學(xué)的教員，從事實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬的循環(huán)，以更深入地了解 AFM 成像過程。從尖端和樣品之間的原子相互作用中詳細(xì)提取并提取最大信息。
使用超分辨率分析等方法，他們能夠提取運(yùn)動(dòng)分子的更高分辨率圖像。繼續(xù)地形類比，Scheuring 博士解釋說，“如果巖石(即原子)上下擺動(dòng)一點(diǎn)，你可以檢測到這個(gè)，然后那個(gè)，然后你隨著時(shí)間的推移對(duì)所有檢測進(jìn)行平均，你會(huì)收到高 -分辨率信息。”
標(biāo)簽： 原子尺度
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