Niezwykła konstrukcja studentki UW

Prototypowe urządzenie tego typu powstało na Wydziale Fizyki UW, w ramach pracy magisterskiej Joanny Oracz. "Od przyszłego roku nowy mikroskop będzie używany nie tylko do badań z zakresu optyki, ale również do analizy próbek biologicznych" - zapowiedział dr Pawłowski.

Superozdzielczy mikroskop ma rozdzielczość ok. 100 nm, ponad dwukrotnie lepszą od standardowego mikroskopu konfokalnego. Wciąż trwają prace nad zwiększeniem jego rozdzielczości.

Celem uczonych jest osiągnięcie rozdzielczości ok. 60 nm. Pozwoliłaby ona obserwować tak drobne szczegóły, jak kolce dendrytyczne neuronów.

"Zaletą naszego mikroskopu jest możliwość kontrolowania wszystkich parametrów i badania fizyki zachodzących zjawisk optycznych" - podkreśla Joanna Oracz, obecnie doktorantka w Laboratorium Procesów Ultraszybkich Instytutu Fizyki Doświadczalnej FUW.

Według dr Pawłowskiego, nauka zna wiele metod obrazowania z rozdzielczością rzędu nanometrów np. mikroskopię elektronową czy sił atomowych. Metody te wymagają jednak odpowiedniego spreparowania próbek i umożliwiają obrazowanie wyłącznie samej powierzchni.

"Tam, gdzie w grę wchodzą próbki pochodzenia biologicznego, nierzadko żywe, mikroskopia optyczna nadal jest bezkonkurencyjna. Do jej zalet należy m.in. możliwość obrazowania przestrzennej struktury próbki. Poważną wadą jest natomiast mała rozdzielczość" - wyjaśnia dr Pawłowski.

Pierwszy superrozdzielczy mikroskop fluorescencyjny STED, pokonujący to ograniczenie, zbudował Stefan W. Hell z Max-Planck-Institut fur Biophysikalische Chemie w Goettingen w 1999 roku.

Dr Pawłowski informuje, że w standardowej fluorescencyjnej mikroskopii konfokalnej wiązka lasera skanuje próbkę biologiczną i lokalnie wzbudza cząsteczki barwnika, wcześniej w odpowiedni sposób wprowadzone do próbki. Po wzbudzeniu cząsteczki te zaczynają emitować światło.

Jest ono przepuszczane przez filtr i rejestrowane przez detektor umieszczony za otworem konfokalnym. Rozmiar otworu powoduje, że światło z płaszczyzn poza ogniskiem obiektywu zostaje usunięte, co zwiększa kontrast obrazu. Sam barwnik dobiera się tak, aby gromadził się we fragmentach żywej komórki budzących zainteresowanie badaczy.

"W mikroskopii STED używa się dodatkowej wiązki laserowej - wygaszającej. Wiązka ma taką długość fali, że w oświetlonych nią cząsteczkach barwnika dochodzi do emisji wymuszonej. Cząsteczki, które za pomocą emisji wymuszonej pozbyły się energii, nie są już zdolne do fluorescencji. Zatem ich światło nie przedostanie się przez filtr przed detektorem i nie będą widoczne na rejestrowanym obrazie" - tłumaczy dr Pawłowski.

Informacja od  FUW mówi, że istota metody STED polega na tym, że wiązka wygaszająca przypomina w przekroju obwarzanek - w środku jest wytłumiona. Jeśli tak ukształtowana wiązka zostanie odpowiednio zgrana w czasie i przestrzeni z wiązką oświetlającą, fluorescencja będzie zachodzić przede wszystkim w tym obszarze próbki, który znajduje się w centrum wiązki wygaszającej.

"Dzięki drugiej wiązce obszar próbki, świecący wskutek fluorescencji, jest wyraźnie mniejszy od średnicy wiązek laserowych. Mamy taki efekt, jakbyśmy lepiej zogniskowali wiązkę oświetlającą, co oznacza, że możemy skanować próbkę z większą rozdzielczością" - wyjaśnia Joanna Oracz i dodaje, że gdy rok temu rozpoczynała pracę nad swoim urządzeniem, w Polsce działał tylko jeden mikroskop typu STED, kupiony za półtora miliona euro.

"Skonstruowanie tak wyrafinowanego przyrządu nie byłoby możliwe bez współpracy z innymi instytucjami naukowymi" - podkreśla kierownik Laboratorium Procesów Ultraszybkich Instytutu Fizyki Doświadczalnej FUW prof. Czesław Radzewicz. Podczas prac skorzystano m.in. z doświadczeń zgromadzonych przy budowie mikroskopu konfokalnego w Centrum Laserowym Instytutu Chemii Fizycznej PAN i Wydziału Fizyki UW. Barwienie próbek do testów przeprowadzał Instytut Biologii Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego.

Źródło: PAP - Nauka w Polsce