레이저 현미경은 생물학의 핵심 도구입니다
오늘날의 공초점 현미경, 다광자 현미경, PALM 및 STORM과 같은 초고해상도 기술, 광 시트 기술 등은 모두 레이저를 사용하여 세포 수준에서 생명의 기본을 풀어냅니다.
2021년 10월 19일 작성자:일관적인
3D 현미경 작동 중. 카멜레온 디스커버리 레이저의 두 파장을 사용하여 여러 세포 구성 요소가 서로 다른 색상으로 시각화되는 마우스 경동맥입니다. 주요 이미지는 경동맥의 "얼굴"을 보여주고 오른쪽의 수직 슬라이스는 동맥 벽의 직각 뷰입니다.
현미경을 이용한 생명 지도
광학현미경이 여전히 중요한 이유는 무엇이며 레이저와 어떤 관련이 있습니까? 글쎄요, 작은 것의 구조를 이미지화하는 가장 간단한 도구입니다. 그러나 마찬가지로 중요한 것은 이러한 구조가 무엇인지 알려줄 수 있는 유일한 도구로 진화했다는 것입니다. 샘플과 상호 작용하는 빛의 색상(파장)을 조작하고 측정함으로써 과학자들은 모든 종류의 다양한 생화학 물질의 지도를 생성할 수 있습니다. 그리고 단세포 아메바부터 나무, 코끼리까지 모든 살아있는 유기체는 모두 복잡한 생화학 반응을 기반으로 하기 때문에 이는 매우 유용한 기능입니다.
이 화학적 매핑은 다소 투박했습니다. 100년 전에는 식물이나 동물의 죽은(“고정된”) 샘플을 염색이라고 불리는 유색 염료로 화학적으로 처리했습니다. 이는 샘플의 모든 지방에 부착될 수도 있고, 어쩌면 모든 단백질에 부착될 수도 있습니다. 그러면 관찰자는 샘플의 어떤 부분이 이 염료로 착색되고 어떤 부분이 그렇지 않은지 확인할 수 있습니다.
오늘날 과학자들은 선택할 수 있는 염료가 무수히 많고 그들의 연구는 훨씬 더 정교합니다. 이들 중 대부분은 종종 형광단 또는 형광색소라고 불리는 형광 화학물질입니다. (형광 물질은 한 파장의 빛을 흡수하고 다른 더 긴 파장의 빛을 다시 방출합니다.) 일부 형광단은 병에서 바로 나오는 화학 물질이지만, 종종 식물이나 동물이 직접 생산하도록 유전적으로 변형된 형광 단백질입니다.
레이저는 최고의 현미경 광원입니다
하지만 레이저는 어떻습니까? 이제 우리는 그것에 대해 이야기하고 있습니다. 레이저는 작업을 위한 최고의 광원임이 밝혀졌습니다.형광 현미경여러 가지 이유가 있습니다. 과학자들은 현미경을 사용하여 훨씬 더 자세한 내용을 보기를 원합니다. 우리는 이를 공간 해상도 또는 간단히 해상도라고 부릅니다. 그들은 또한 얇은 데드 슬라이스가 아닌 실제 3차원 사물을 보고 싶어합니다. 또한 그들은 실시간으로 일어나는 살아있는 생물학을 관찰하기 위해 현미경을 사용하기를 원합니다. 레이저는 그 모든 것을 열어주는 광원임이 밝혀졌습니다.
레이저는 형광 현미경 검사에 몇 가지 뛰어난 이점을 제공합니다. 첫째, 레이저는 하나의 파장에서만 빛을 방출합니다. 그리고 우리에게 부분적으로 감사드립니다.OPSL(광 펌핑 반도체) 기술,이 파장은 특정 형광단의 흡수와 일치하도록 선택할 수 있습니다. 현미경 카메라 앞에 있는 유리 필터는 샘플에 의해 산란되는 레이저 광(예: 눈부심)을 차단하고 형광만 선택적으로 이미지화되도록 합니다. 이제 필터가 있는 램프나 LED를 사용하여 단일 파장 대역을 얻을 수 있습니다. 그러나 레이저 출력 빔은 램프나 LED에서 나오는 빛보다 훨씬 더 작은 지점에 집중될 수 있습니다. 이는 초점이 맞지 않는 배경 형광 없이 3D 이미지를 제공하는 공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)의 핵심입니다.
레이저는 램프나 LED보다 훨씬 더 높은 강도를 전달할 수도 있습니다. 따라서 희미한 형광도 빠르게 이미지화할 수 있습니다. 게다가 레이저의 높고 조정 가능한 강도는 최신 슈퍼-해상도 기술(예: PALM, STORM)은 몇 나노미터에 이르는 해상도의 이미지를 생성합니다. 그리고 그것은 2014년에 노벨상을 수상한 큰 일입니다. 최근 40년 전까지만 해도 가시현미경은 회절의 엄격한 한계, 즉 약 250나노미터를 넘어서는 것은 불가능하다고 생각되었기 때문입니다.
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생명과학의 많은 분야, 특히 신경과학에서 연구자들은 해상도만큼 이미징 깊이도 원합니다. 그들은 조직 내부나 전체 유기체 내부에서도 선명한 이미지를 얻고 싶어합니다. 그리고 그들은 살아있는 조직에서 이것을 하고 싶어합니다. 동안공초점 및 초해상도방법은 고정된 샘플에 적합하며 일반적으로 살아있는 표본에 너무 많은 광손상을 유발합니다. 다행히도라는 기술이 있습니다.다광자 현미경초고속 레이저를 통해 이러한 과제를 해결합니다. (또 다른 노벨상!) 실제로 이는 바카라 카지노가 전체 제품군을 구성하는 초고속 레이저에 대한 매우 중요한 응용 분야입니다.카멜레온 초고속 레이저, 다광자 현미경용으로 맞춤 제작되었습니다.
미래를 내다보며 과학자들은 다광자 현미경을 기반으로 실시간 생검과 같은 의료 응용 분야를 위한 도구를 개발하고 있습니다. 이는 일부 다광자 방법에는 염료나 형광 단백질이 전혀 필요하지 않기 때문에 가능합니다! 이를 통칭하여 라벨 없는 이미징이라고 합니다.
이것은 레이저 현미경이 생물학에 미치는 막대한 영향을 미시적으로 엿볼 수 있는 것입니다. 우리는 van Leeuwenhoek이 크게 놀라고 감동받을 것이라고 생각하고 싶습니다. 왜냐하면 우리는 그렇습니다!
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