مشاهده ۶ بعدی مولکول‌ها با میکروسکوپ الهام گرفته از "جیمز وب"

این میکروسکوپ از اپتیک پلاریزاسیون به نام صفحات موج همراه با آینه‌های هرمی شکل خود برای جدا کردن نور به هشت کانال استفاده می‌کند که هر کدام قسمت متفاوتی از موقعیت و جهت مولکول را نشان می‌دهد.

نوع جدیدی از میکروسکوپ با الهام از تلسکوپ فضایی جیمز وب، قادر است مولکول‌ها را به صورت شش بعدی به نمایش بگذارد که وضوح آن در مقایسه با تکنیک‌های پیشرفته کنونی ۱.۵ برابر بهتر است.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، پژوهشگران، فناوری جدیدی را برای مشاهده مولکول‌های بسیار کوچک در ۶ بُعد توسعه داده‌اند. این فناوری جدید با الهام از طراحی تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، از بخش‌های آینه‌ای برای مرتب‌سازی و جمع‌آوری نور در مقیاس میکروسکوپی و گرفتن تصاویر سه‌بعدی از موقعیت و جهت مولکول‌ها استفاده می‌کند.

دنیای میکروسکوپی

از جهان هستی گرفته تا کوچکترین ذره زیر اتمی، همه اشیاء در جهان ما در مجموعه‌ای از اندازه‌های شگفت انگیز وجود دارند. ما با میکروسکوپ می‌توانیم به طور مستقیم به برخی از اجسام و فرآیندهایی که خیلی کوچک هستند و با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شوند، نگاه کنیم. این کار به ما این امکان را می‌دهد که جهش‌های بزرگی در درک علمی خود داشته باشیم.

با این حال، مولکول‌های بیولوژیکی آن‌قدر ریز هستند که فقط بهترین میکروسکوپ‌های الکترونی می‌توانند تصاویری از آنها به ما بدهند، آن هم به صورت مبهم. به همین دلیل است که تصویربرداری دقیق، بیشتر به پردازش کامپیوتری برای مرتب کردن جهت، بعد از گرفتن تصویر متکی است.

متیو لو، دانشیار مهندسی برق و سیستم در دانشکده مهندسی مک‌کلوی (McKelvey) در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس می‌گوید: به ایجاد یک تصویر رنگی فکر کنید، در زمانی که تنها چیزی که دارید حسگرهای دوربین در مقیاس خاکستری هستند. می‌توانید سعی کنید رنگ را با استفاده از یک ابزار محاسباتی بازسازی کنید یا می‌توانید مستقیماً آن را با استفاده از یک حسگر رنگی اندازه‌گیری کنید که از فیلترهای رنگی جذب کننده مختلف استفاده می‌کند.

مشاهده مولکول‌ها به صورت ۶ بعدی

اکنون پژوهشگران دانشکده مهندسی مک‌کلوی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، میکروسکوپ جدیدی به نام بازتابنده چندنمای قطبی شعاعی و ازیموتالی (raMVR) توسعه داده‌اند که مانند تلسکوپ جیمز وب به جمع آوری حداکثری نور متکی است. اما این فناوری جدید به جای دیدن اجسام دور، از نور برای تشخیص ویژگی‌های متمایز مولکول‌های کوچک فلورسنت متصل به پروتئین‌ها و غشای سلولی استفاده می‌کند.

دکتر ژانگ از اعضای این گروه پژوهشی می‌گوید: در این چیدمان تا حدی از تلسکوپ‌ها الهام گرفته شده است. این مجموعه بسیار مشابه با تلسکوپ جیمز وب است و ما به جای شکل لانه زنبوری آشنای جیمز وب، از آینه‌های هرمی شکل استفاده کرده‌ایم.

میکروسکوپ raMVR را می‌توان برای تصویربرداری از موقعیت‌های سه بعدی و جهت‌گیری‌های سه بعدی مولکول‌های منفرد با دقت ۱۰.۹ نانومتر و ۲.۰ درجه در محدوده عمق ۱.۵ میکرون استفاده کرد که وضوح آن در مقایسه با تکنیک‌های پیشرفته کنونی ۱.۵ برابر بهتر است.

پژوهشگران خاطرنشان می‌کنند که میکروسکوپ raMVR یک دستگاه کوچک نیست، اما کوچکتر بودن همیشه بهتر نیست.

پروفسور متیو لو می‌گوید: در لبه فیزیک مهندسی، ما اغلب مجبوریم برای فشرده سازی ابزارمان معاوضه‌هایی انجام دهیم. در اینجا ما تصمیم گرفتیم روش متفاوتی در پیش بگیریم. چگونه می‌توانیم از هر ذره گرانبهای نور برای انجام دقیق‌ترین اندازه‌گیری ممکن استفاده کنیم؟

این کاملاً امکان پذیر بود. متفاوت فکر کردن در مورد معماری یک میکروسکوپ جالب است و در اینجا ما فکر می‌کنیم که این عملکرد تصویربرداری ۶ بعدی جدید، اکتشافات علمی جدید را در آینده نزدیک امکان‌پذیر می‌کند.

نتایج این مطالعه در مجله Nature photonics منتشر شده است.

کانال عصر ایران در تلگرام