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光敏定位显微镜阅读:771

光敏定位显微镜由英语photoactivated localization microscopy翻译而来,缩写为PALM。

现状前景

  在这一实验中,研究人员在蛋白上融合GFP,利用微弱紫外闪光使部分GFP分子产生光化学转换,再用黄光二度激发产生荧光,每次只看到少数分子的位置、荧光持续数秒钟,如此重复约一万次来建立整个样本中蛋白质分布的情形,需要的时间长达2-12小时,因此要用来观察会快速运动的活细胞并不容易。目前每次实验也只观察一种蛋白质,好处是减少了其它成分的干扰,相较于电子显微镜有更清晰的对比度,但也是一种限制;如果能为不同蛋白质接上不同的荧光卷标,可望用来进一步研究蛋白质间的交互作用,使PALM更具应用价值。
  目前Betzig跟Hess两人都加入了Howard Hughes Medical Institute所属的Janelia Farm的研究行列,也告别了无业游民科学家的身分。

发展史

  两位赋闲在家的物理学家Betzig跟Hess,利用一部在自家客厅组装的光学显微镜发展出一套光敏定位显微镜观察细胞中个别蛋白质分子的位置,研究成果发表在2006年8月10日Science杂志在线版,此显微镜达到了电子显微镜的分辨率。
  传统限制
  传统光学显微镜的分辨率受限于光的波长,对于0.2μm以下的小东西只能摇头兴叹。虽然电子显微镜可以达到纳米级的分辨率,但通电的结果容易造成样品的破坏,因此能观测的样本也相当有限。
  传统突破
  Betzig已在1993年Science期刊的报告中,利用近场光学显微镜观察荧光分子并突破一般光学显微镜的限制;1994年又和老同事Hess在Science期刊上共同发表将半导体中近距离的光点分开、逐一观察。所以他们认为虽然细胞中分子的密度很高,但如果能每次只观察其中几个,就有办法逐一决定出分子的中心位置,达到分子层级的分辨率。
  分子生物学家虽然可以做到把若干想观察的蛋白质贴上荧光卷标,但这些蛋白质还是经常挤在一块,在显微镜下分不出谁是谁。去年春天Betzig和Hess耳闻美国国家卫生院(NIH)Lippincott-Schwartz实验室研发的绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)能通过紫外光激发调控荧光的强度,于是两人回家用旧器材外加各自补贴25000美元,两个月打造出新的显微镜,随后和Lippincott-Schwartz及佛罗里达州立大学Davidson展开合作,测试生物样品,在每平方微米(μm2)塞满高达十万个分子的细胞样品中,成功分辨出相距仅仅2-25 nm的分子。目前他们已经为细胞片足(lamellipodium)内的肌动蛋白(actin)、集中附着点(focal adhesion)的蛋白质vinculin、细胞膜上的反转录病毒(retroviral)蛋白Gag等,取得清晰影像。

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