แม้ว่าการถ่ายภาพโครงสร้างเซลล์ระดับนาโนจะเป็นไปได้แล้ว แต่ยังขาดการบันทึกองค์ประกอบทางเคมีของโดเมนเหล่านี้โดยตรง เทคนิคใหม่นี้ถูกสร้างขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีขั้นสูงเบ็คแมนเพื่อ "เห็น" รายละเอียดที่ซับซ้อนและองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์มนุษย์ด้วยความชัดเจนและแม่นยำที่ไม่มีใครเทียบได้ วิธีการของพวกเขาเข้าใกล้การระบุสัญญาณด้วยวิธีที่ไม่เหมือนใครและขัดกับสัญชาตญาณ
Rohit Bhargava ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพจาก มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์เออร์บานา - แชมเปญ ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษากล่าวว่า “ตอนนี้เราสามารถเห็นเซลล์ภายในด้วยความละเอียดที่ละเอียดยิ่งขึ้นและมีรายละเอียดทางเคมีที่สำคัญได้ง่ายกว่าที่เคย งานนี้เปิดความเป็นไปได้มากมาย รวมถึงวิธีใหม่ในการตรวจสอบแง่มุมทางเคมีและกายภาพที่ผสมผสานกันซึ่งควบคุมการพัฒนาของมนุษย์และโรค”
ผลงานใหม่นี้ได้รับแรงบันดาลใจจากความก้าวหน้าครั้งสุดท้ายของการถ่ายภาพทางเคมี
การให้เซลล์สัมผัสกับแสง IR จะทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นและนำไปสู่ การขยายตัวของเซลล์. เราสามารถเปรียบเทียบพุดเดิ้ลกับม้านั่งในสวนสาธารณะเพื่อดูว่าไม่มีวัตถุใดดูดซับความยาวคลื่นอินฟราเรดในลักษณะเดียวกัน แว่นสายตาตอนกลางคืนยังแสดงให้เห็นว่าวัตถุที่อุ่นกว่าจะสร้างลายเซ็น IR ได้ชัดเจนกว่าวัตถุที่เย็นกว่า เช่นเดียวกับความจริง ภายในเซลล์โดยที่โมเลกุลหลายประเภทจะปล่อยลายเซ็นทางเคมีออกมาและดูดซับแสง IR ที่ความยาวคลื่นต่างกัน นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งของแต่ละคนได้โดยการวิเคราะห์รูปแบบการดูดซับด้วยสเปกโทรสโกปี
แทนที่จะวิเคราะห์รูปแบบการดูดกลืนแสงเป็นสเปกตรัมสี นักวิทยาศาสตร์ตีความคลื่น IR ด้วยเครื่องตรวจจับสัญญาณ โดยมีลำแสงขนาดเล็กติดอยู่กับกล้องจุลทรรศน์ที่ปลายด้านหนึ่ง โดยมีปลายละเอียดที่ขูดพื้นผิวของเซลล์เหมือนกับเข็มระดับนาโนของเครื่องเล่นแผ่นเสียง
หลังจากการขยายตัวของเซลล์ การเคลื่อนไหวของเครื่องตรวจจับสัญญาณจะเกินจริงมากขึ้นและทำให้เกิด "สัญญาณรบกวน" ซึ่งเรียกว่าไฟฟ้าสถิตซึ่งขัดขวางการวัดค่าทางเคมีที่แม่นยำ
ภารคะวะกล่าวว่า “มันเป็นแนวทางที่เข้าใจง่ายเพราะเราถูกกำหนดให้คิดถึงสัญญาณที่ใหญ่กว่าดีกว่า เราคิดว่ายิ่งสัญญาณ IR แรง อุณหภูมิของเซลล์ก็จะยิ่งสูงขึ้น ขยายตัวมากขึ้น และจะมองเห็นได้ง่ายขึ้น"
Seth Kenkel นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องทดลองของศาสตราจารย์ Bhargava และผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าวว่า “มันเหมือนกับการหมุนปุ่มบนสถานีวิทยุที่มีคลื่นนิ่ง เพลงจะดังขึ้น แต่คลื่นนิ่งก็ดังขึ้นเช่นกัน”
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่ว่าสัญญาณ IR จะมีพลังเพียงใด คุณภาพของการถ่ายภาพทางเคมีก็ไม่อาจก้าวหน้าไปได้”
“เราต้องการวิธีแก้ปัญหาเพื่อหยุดเสียงรบกวนไม่ให้เพิ่มขึ้นควบคู่ไปกับสัญญาณ”
แทนที่จะมุ่งความสนใจไปที่สัญญาณ IR ที่แรงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นักวิทยาศาสตร์เริ่มทดลองด้วยสัญญาณที่เล็กที่สุดที่พวกเขาสามารถจัดการได้ เพื่อให้มั่นใจว่าพวกเขาจะสามารถนำวิธีแก้ปัญหาไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพก่อนที่จะเพิ่มความแรง
เคนเคล กล่าวว่า, “ถึงแม้ว่าจะ “ขัดกับสัญชาตญาณ” แต่การเริ่มต้นจากเล็กๆ น้อยๆ ทำให้เราสามารถยกย่องการวิจัยด้านสเปกโทรสโกปีตลอดทศวรรษ และวางรากฐานที่สำคัญสำหรับอนาคตของสาขานี้”
วิธีการดังกล่าวช่วยให้สามารถถ่ายภาพเซลล์และโครงสร้างทางเคมีที่มีความละเอียดสูงในระดับนาโน ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าเส้นใยของเส้นใยถึง 100,000 เท่า ผม. สิ่งสำคัญที่สุดคือเทคนิคนี้ไม่มีการติดฉลากฟลูออเรสเซนต์หรือการย้อมสีโมเลกุลเพื่อเพิ่มการมองเห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์
การอ้างอิงวารสาร:
- เซธ เคนเคล, มาร์ค กรีก้า และคณะ การถ่ายภาพทางเคมีของโครงสร้างพิเศษของเซลล์โดยการวัดสเปกโทรสโกปีแบบอินฟราเรดโก่งตัวแบบโมฆะ PNAS. ดอย: 10.1073 / pnas.2210516119
