นักวิจัยแสดง Nanoscale X-ray Imaging ของแบคทีเรีย Cells

Radiodurans Deinococcus ใน x-ray-light. สี Blue แสดงพื้นที่ที่มีความหนาแน่นต่ำพื้นที่สีแดงเครื่องหมายความหนาแน่นสูงสุด. เหล่านี้มีพื้นที่ดำเนิน DNA-บีบอัดโมเลกุล. (Credit: Image มารยาทของ Tim Salditt, University of Goettingen)

พวกเขาได้ผลิตภาพแรกใช้เทคนิคนี้ของเซลล์ชีวภาพ – เฉพาะ polyextremophile รัก Radiodurans Deinococcus.

ความสามารถที่ดีขึ้นเพื่อดูโครงสร้าง nanoscale ในเซลล์สามารถทำให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญสำหรับวิวัฒนาการทางชีววิทยาและเทคโนโลยีชีวภาพ. ในกรณีของ D. วิทยุduransเช่นนั้นจะช่วยชำระคำถามเกี่ยวกับว่า – หรือว่า – โครงสร้างของดีเอ็นเอขององค์กรนี้แบกบัญชีพื้นที่ nucleoid สำหรับความกล้าหาญของรังสีต่อ ionizing. ต้องแสดงความละเอียดที่เชื่อถือได้และการทำสำเนาของเทคนิคของนักวิจัยกำลังทำงานเพื่อขยายให้ภาพสามมิติของเซลล์ชีวภาพ.

ภาพ X-ray เป็นที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ของตนเช่น radiographs ดั้งเดิมและสแกน CT. แต่การใช้รังสีเอกซ์ไปไกลเกินภาพประจำ. โดยเฉพาะรังสีรังสีอย่างสั้นความยาวคลื่นของ X-ช่วยให้โหมดต่างๆของกล้องจุลทรรศน์ที่สามารถเข้าถึงความละเอียดนาโนเมตร. หนึ่งวิ่งกระโดดข้ามรั้วหลักเพื่อความละเอียดสูง X-ray กล้องจุลทรรศน์เป็นปัญหาของการผลิตสูง X คุณภาพเลนส์ ray. เพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้จึงเรียก “lensless” วิธีการใช้กล้องจุลทรรศน์ได้เกิดในทศวรรษที่ผ่านมา. เทคนิคการพัฒนาโดยนักวิจัยขณะนี้ในกลุ่มฟิสิกส์การแพทย์ที่ Technische Universitaet Muenchen (ทัม) ได้แสดงให้เห็นสัญญาที่ดีสำหรับการพ้นภาพความละเอียดสูงของวัสดุและตัวอย่างวิทยาศาสตร์ชีวิต.

เทคนิคภาพนี้เรียกว่า ptychography เป็นครั้งแรกใน 1970s สำหรับ diffraction อิเล็กตรอน. ประกอบด้วยในวัดไกลเต็มรูปแบบ diffraction ฟิลด์เป็นประภาสเล็กเป็นสแกนในตัวอย่าง. ขณะที่ใช้ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจำกัดยังคง ptychography ได้รับความนิยมอย่างมากใน X-ray ชุมชนภาพในไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากการพัฒนาโดย Franz Pfeiffer, ตอนนี้เก้าอี้ของกลุ่มฟิสิกส์การแพทย์ที่ทัมและทีมงานของเขา. ขั้นตอนสำคัญในการพัฒนา ptychography ถูกตีพิมพ์โดยทีมหนึ่งปีใน Science. สุดความสามารถความละเอียดของการแสดงภาพได้สำเร็จด้วยโครงสร้างทดสอบทอง.

ขณะนี้ความร่วมมือของกลุ่ม Pfeiffer ร่วมกับนักวิจัยที่ University of Goettingen และที่มาไฟสวิส (Villigen, วิตเซอร์แลนด์) ได้ไปขั้นตอนต่อไปและผลิตภาพแรกของเซลล์ชีวภาพด้วยเทคนิคเดียวกัน.

ผลลัพธ์เหล่านี้เผยแพร่ใน ดำเนินการของ National Academy of Sciencesแสดงว่า X-ray lensless ภาพใน ptychography เฉพาะสามารถใช้เพื่อขอรับแผนที่ถูกต้องของความหนาแน่นอิเล็กตรอนก่อนตัวอย่างชีวภาพ. ประเภทของการวัดปริมาณนี้ยากกับอื่นๆสูงเทคนิคการแก้ปัญหามีอยู่ในปัจจุบัน. นอกจากนั้นตัวอย่างชีวภาพมีความเปราะบางและเกือบโปร่งใสในรังสีเอกซ์ทำให้ประเภทของวัดที่ถูกต้องนี้ยังท้าทาย more.

กลุ่ม Pfeiffer ขณะนี้ย้ายไปจากความสำเร็จนี้และหาวิธีการปรับปรุงเทคนิคเพิ่มเติม. โดยเฉพาะทีมงานจะมุ่งในขั้นต่อไป: ภาพสามมิติของตัวอย่างชีวภาพ.

การวิจัยนี้คือการสนับสนุนจากเยอรมัน Research Foundation (DFG) Helmholtz สังคมและเยอรมันกระทรวงศึกษาธิการและการวิจัย.