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新顯微鏡可實時捕捉納米尺度生物活動

發(fā)布時間：2024/11/13 10:03:29編輯：Ma Liang
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荷蘭拉德堡德大學(xué)科學(xué)家成功研制出一款新型顯微鏡，讓科學(xué)家首次能實時捕捉到生物過程的精彩瞬間，例如觀察蛋白質(zhì)復(fù)合物在行動中的“模樣”。這臺顯微鏡或許能讓科學(xué)家見證新冠疫苗如何進(jìn)入細(xì)胞、捕捉動脈鈣化如何悄然發(fā)生，為推動生物與醫(yī)學(xué)研究帶來新工具。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志。

研究示意圖。圖片來源：《先進(jìn)功能材料》

此前使用顯微鏡時，科學(xué)家常面臨“魚或熊掌”的抉擇：要么在分子水平觀察冷凍且靜止樣品的細(xì)節(jié)；要么觀察活生生移動的樣品，但細(xì)節(jié)要粗糙很多。

團(tuán)隊解釋說，電子顯微鏡雖然能觀察精細(xì)的蛋白質(zhì)復(fù)合物，但其電子束會損壞生物材料及其周圍流體，因此無法長時間觀察材料內(nèi)發(fā)生的過程。為解決這個問題，他們嘗試在材料周圍包裹一層石墨烯保護(hù)層，以盡量減少電子束的“殺傷力”。但一旦用上保護(hù)膜，生物過程就會立即開始。他們必須爭分奪秒趕到顯微鏡前，在生物組織中精準(zhǔn)定位，并調(diào)試好顯微鏡。這個過程至少需要半個小時，而在此期間，生物過程或許已經(jīng)結(jié)束。

面對這些挑戰(zhàn)，團(tuán)隊巧妙設(shè)計了一套應(yīng)對方案：他們先在樣品組織周圍涂上一層石墨烯，并立即將其冷凍，讓生物過程暫停；然后，他們使用一臺光學(xué)顯微鏡來鎖定想要觀察的特定區(qū)域；接著再將樣品置于新開發(fā)的電子顯微鏡內(nèi)。設(shè)置妥當(dāng)后，他們加熱材料，重新激活生物過程，新型顯微鏡則能在納米尺度直接可視化生物過程。

此次團(tuán)隊借助新型顯微鏡，揭示了在可能導(dǎo)致動脈和主動脈瓣鈣化的生物過程中，鈣是如何沉積的。

團(tuán)隊解釋說，除完全瓣膜置換術(shù)外，主動脈瓣鈣化目前尚無其他療法，因為科學(xué)家對此類鈣化知之甚少。他們計劃開發(fā)出一種“芯片上的心臟瓣膜”，并利用新型顯微鏡深入探究其中的奧秘。

總編輯圈點：

生物過程復(fù)雜而多樣，它有完整的“起承轉(zhuǎn)合”，但受限于觀察工具，人類無法對更微小尺度的生物動態(tài)過程進(jìn)行觀察，無緣得見納米級生物活動的奧妙。突破的方法，就是研發(fā)新儀器，開發(fā)新觀察方法。此次，科研人員創(chuàng)新性地冰凍了包裹待觀察組織的石墨烯，待到觀察條件具備后，再將其解凍，讓生物過程重新開始。他們由此看到了此前不曾了解的鈣的沉積形式。實驗科學(xué)的發(fā)展離不開科學(xué)儀器，好的儀器能在解決科學(xué)問題上發(fā)揮關(guān)鍵作用。