Продленная супермикроскопия: Нанографиты позволяют увеличить время наблюдения

Метод STED-микроскопии, за разработку которого в 2014 году была присуждена Нобелевская премия по химии, позволяет наблюдать процессы, например, в клетках, с особо высоким разрешением.

Исследователи из Института полимерных исследований Макса Планка усовершенствовали этот метод, заменив традиционные флуорофоры на нанографиты. Это позволило наблюдать процессы большей продолжительности, преодолев существовавшее ограничение STED-микроскопии.

Обычные микроскопы ограничены разрешением около 200 нм, как описал физик Эрнст Аббе в XIX веке. Однако интересные процессы происходят на длинах ниже этого предела, особенно в биологических клетках. STED-микроскопия преодолевает этот барьер, достигая разрешения до 10 раз лучше, чем обычные методы.

В STED-микроскопии используются маленькие флуоресцентные частицы — флуорофоры — в образце, которые светятся (флуоресценция) с помощью возбуждающего лазера. Второй лазерный луч с поперечным сечением в форме пончика может деактивировать флуоресценцию в кольцевой области, оставляя светящейся только маленькую центральную точку (меньше 200 нм). Сканируя эту комбинацию лучей по образцу, получают высокодетализированное изображение.

Главным ограничением традиционной STED-микроскопии было выцветание флуорофоров при длительном освещении. Это особенно проблематично для наблюдения долговременных процессов, требующих повторного сканирования.

Исследователи под руководством Сяоминь Лю из MPI, в сотрудничестве с Акимицу Нарита и Рёта Кабэ из Окинавского института науки и технологий, решили эту проблему, используя наноразмерные частицы нанографита.

Для нанографитов процесс выцветания флуоресценции можно обратить вспять непосредственно в образце. Для этого используется освещение нанографита лучом в форме пончика: это освещение, образно говоря, восстанавливает способность нанографита светиться.

Этот новый метод, опубликованный в Nature Communications, открывает новые возможности для изучения ранее ненаблюдаемых процессов с помощью микроскопии сверхвысокого разрешения. Способность реактивировать нанографиты с изначально высоким числом фотонов делает их идеальными для методов долговременной микроскопии, потенциально расширяя их применение в биологии и материаловедении.