Вчені вирішують проблему мікроскопії, яка існує десятиліттями

Вивчення тканин, клітин і білків під мікроскопом має важливе значення для профілактики та лікування захворювань. Це дослідження вимагає точного вимірювання розмірів цих біологічних структур. Однак, дивлячись у світловий мікроскоп, ці зразки іноді можуть виглядати більш сплощеними, ніж їх справжня форма.

Дослідники Делфтського технологічного університету вперше продемонстрували, що це спотворення не є постійним, всупереч тому, що багато вчених припускали протягом десятиліть. Прорив, опублікований в Optica, підтверджує прогноз нобелівського лауреата Стефана Хелла з 90-х років. Завдяки онлайн-інструменту розрахунку та програмному забезпеченню кожен дослідник тепер може визначити правильну глибину біологічного зразка.

Розплющений зразок

Під час перегляду біологічних зразків за допомогою мікроскопа світловий промінь порушується, якщо лінза об’єктива знаходиться в іншому середовищі, ніж зразок. Наприклад, якщо дивитися на водяний зразок за допомогою лінзи, оточеної повітрям, світлові промені викривляються різкіше в повітрі навколо лінзи, ніж у воді. Це збурення призводить до того, що виміряна глибина в зразку є меншою за фактичну.

В результаті зразок виглядає сплющеним. «Ця проблема відома давно, і з 80-х років розвивалися теорії визначення поправочного коефіцієнта для визначення глибини. Однак усі ці теорії припускали, що цей фактор є постійним, незалежно від глибини зразка. Це сталося незважаючи на те, що пізніший лауреат Нобелівської премії Стефан Гелл у 90-х роках зазначив, що це масштабування може бути залежним від глибини», – пояснює доцент Джейкоб Хогенбум.

Розрахунки, експерименти та веб-інструмент

Сергій Логінов, колишній постдоктор Делфтського технологічного університету, показав за допомогою розрахунків і математичної моделі, що зразок справді виглядає більш сплющеним ближче до лінзи, ніж далі. Аспірант Даан Болтьє та постдок Ернест ван дер Ві згодом підтвердили в лабораторії, що коригувальний коефіцієнт залежить від глибини.

Ван дер Ві: «Ми скомпілювали наші результати у вебінструмент і програмне забезпечення, що надається разом із статтею. За допомогою цих інструментів будь-хто може визначити точний коригувальний коефіцієнт для свого експерименту».

Розуміння відхилень і захворювань

«Частково завдяки нашому інструменту розрахунку ми тепер можемо дуже точно вирізати білок і його оточення з біологічної системи, щоб визначити структуру за допомогою електронної мікроскопії. Цей тип мікроскопії дуже складний, трудомісткий і неймовірно дорогий. Тому дуже важливо переконатися, що ви дивитесь на правильну структуру», — каже Болтьє.

«З нашим більш точним визначенням глибини нам потрібно витрачати набагато менше часу та грошей на зразки, які не досягли біологічної цілі. Зрештою, ми можемо вивчати більш актуальні білки та біологічні структури. І визначення точної структури білка в біологічній системі має вирішальне значення для розуміння та остаточної боротьби з аномаліями та хворобами».

Про веб-інструмент

У вебінструменті ви можете заповнити відповідні деталі свого експерименту, наприклад показники заломлення, кут апертури об’єктива та довжину хвилі використовуваного світла. Потім інструмент відображає криву для залежного від глибини коефіцієнта масштабування. Ви також можете експортувати ці дані для власного використання. Крім того, ви можете побудувати результат у поєднанні з результатом кожної з існуючих теорій.