Təxminən yarım dalğa uzunluğunda (təxminən 250 nanometr) işıq mikroskopunda ayırdetmə həddini aşmaq optikada ən əhəmiyyətli inkişaflardan biridir. İşığın dalğa təbiətinə görə, hətta ən yaxşı lens belə diametri 250 nanometrdən kiçik işıq nöqtəsi yarada bilməz. Bu parlaq nöqtənin içindəki bütün molekullar eyni anda işıqlanır, birlikdə işıqlanır və buna görə də bulanıq bir bütöv kimi ayrılmaz görünür.

1990-cı illərin əvvəllərində Stefan Hell başa düşdü ki, molekulyar siqnalı “OFF” və “ON” qısa müddətə dəyişdirməklə molekulları bir-birindən ayırmaq olar ki, yaxın qonşu molekullar ardıcıl olaraq siqnal verməyə məcbur olsunlar. Ardıcıl siqnal verən molekulları asanlıqla ayırd etmək olar.

Flüoresan mikroskopiyada bu ON/OFF ayırma prinsipi mükəmməl şəkildə həyata keçirilə bilər, çünki molekulyar flüoresans asanlıqla yandırılıb söndürülə bilər. Əslində, STED və PALM/STORM, eləcə də daha yeni super rezolyusiyaya malik flüoresan mikroskoplar hamısı bu ON/OFF prinsipinə əsaslanır.

Yaxınlıqdakı molekulların qısa müddət ərzində flüoresan ON vəziyyətindən qeyri-flüoresan OFF vəziyyətinə və əksinə köçürülməsi super rezolyusiyaya malik flüoresan mikroskopiyasının inkişaf edən sahəsinin əsası oldu. 2014-cü ildə Hell və amerikalı alimlər Erik Betziq və Uilyam E. Moerner super rezolyusiyaya malik flüoresan mikroskopiyasının inkişafına görə Kimya üzrə Nobel Mükafatını aldılar .

ON/OFF olmadan super rezolyusiya

Göttingendəki Maks Plank İnstitutunun (MPI) Multidissiplinar Elmlər İnstitutundan (MPI) və Heydelberqdəki Tibbi Tədqiqatlar üzrə MPI-dən Hellin rəhbərlik etdiyi alimlər qrupu indi ON/OFF keçidi olmadan çox sayda molekulun ayrıla biləcəyini göstərdi. Onların araşdırması Nature Physics jurnalında dərc olunub .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4203178812&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1740719132&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-super-resolution-microscopy-nanometer-traditional.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMzLjAuNjk0My4xNDEiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KEE6QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQxIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQxIl1dLDBd&dt=1740719132737&bpp=3&bdt=172&idt=3&shv=r20250226&mjsv=m202502250101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1740718905%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1740718905%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1740718905%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=8045077109960&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=1983&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31090663%2C95352053%2C95354313%2C31090628%2C31090357%2C95350015%2C95353078%2C95353782&oid=2&pvsid=2492726087844062&tmod=587195434&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=4&uci=a!4&btvi=1&fsb=1&dtd=12

Tədqiqatçılar eksperimental olaraq göstərdilər ki, molekullar kimi nöqtə obyektləri 8 nanometrlik kiçik məsafələrə qədər aydın şəkildə ayrıla bilər. Bunun üçün onlar molekulları mərkəzdə sıfır intensivlik xətti (qovşağı) olan işıq şüası ilə skan etdilər. Şüa nümunəni skan edərkən, ölçülmüş siqnal qeydə alınır; floresan molekulların vəziyyətində siqnal flüoresandır.

Tək bir flüoresan molekul üçün, işıqlandırma şüasının sıfır intensivlik nodu molekulun mövqeyinə uyğun gələrsə, siqnal sıfırdır. Lakin nümunədə iki və ya daha çox qonşu molekul varsa, ölçülmüş siqnal sıfır ola bilməz. Bunun səbəbi, hər halda, ən azı bir molekulun işıqlandırma işığının sıfır intensivliyi nöqtəsi ilə üst-üstə düşə bilməməsidir. Beləliklə, molekulların yeri ölçülmüş siqnalın sıfırdan sapmasında kodlanır.

Alimlər həm nəzəri, həm də eksperimental olaraq nümayiş etdirdilər ki, bu “intensivlik minimumu ilə skan” prinsipi molekulyar mövqeləri çox dəqiq müəyyən etmək üçün istifadə edilə bilər. Məsələn, onlar 8 nanometrə qədər məsafədə daimi emissiya edən iki flüoroforu ayıra bildilər. Onlar həmçinin təxminən 20 nanometr məsafədə üç və ya dörd molekuldan ibarət bir qrup həll etdilər.

Hell izah edir: “ON/OFF kommutasiyası, üç onilliklər əvvəl flüoresansiyanın söndürülməsi üçün STED prinsipinin tətbiqindən bəri yüksək optik ayırdetmə üçün zəruri şərt hesab olunur. Daim emissiya edən molekulları minimum dərəcədə ayırmaq konsepsiyası bir irəliləyişdir”.

Thomas Hensel, tədqiqatın ilk müəllifi və Ph.D. Hell’s komandasındakı tələbə, qeyd edir: “Bu yeni konsepsiya ilə, bir-birindən daha yaxın olan molekulları məkan olaraq qeyd etmək prinsipcə daha asandır. Bu, aydın deyil, çünki bu, həlletmə intuisiyasını alt-üst edir.”

Əvvəllər molekullar bir-birinə nə qədər yaxın idisə, onları həll etmək bir o qədər çətin idi. Əgər molekullar, keçmişdə olduğu kimi, parlaq işıq ləkələri və hasil edilən siqnal maksimalları ilə ayrılırsa, müvafiq molekulların siqnal-küy nisbətinə görə onları ayırd etmək çətindir.

“Qaranlıq nöqtə və ya düyünlə işləsəniz və siqnalın sıfırdan sapmasını yoxlasanız, demək olar ki, əksinədir” deyə Hell əlavə edir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Qətnamə məhdudiyyəti olmayan dalğalarla görüntüləmə

Maks Plank alimləri hesab edirlər ki, onların nəticələri böyük potensiala malikdir.

Hell deyir: “Minimumla həll etmək ideyası təkcə flüoresan molekullara deyil, ümumiyyətlə, yaxşı kontrastlı siqnal təmin edən hər hansı molekula aiddir. Bu, təkcə işıq kimi optik dalğalara deyil, prinsipcə istənilən dalğa növünə də aiddir”.

“Ən kiçik məsafələrdə ON və ya OFF olmadan həll etmək vacibdir, çünki bu, bütün molekulların davamlı müşahidəsinə imkan verir. Molekulları SÖNDÜRMƏK zərurətindən heç bir fasilə yoxdur.”

Davamlı müşahidə daha bir tətbiq açır. Əgər zülal və ya zülal kompleksi kimi molekulyar maşın müxtəlif nöqtələrdə daim siqnal verən molekullarla işarələnirsə, onların mövqelərindəki incə dəyişiklikləri izləmək lazımdır ki, bu nanoölçülü həyat maşınlarının faktiki işini “filmlə” etmək mümkün olsun.

Gələcəkdə bu, lazım olduqda, öz funksiyalarını yerinə yetirmək üçün xüsusi zülalların qarşısını alan və ya dəstəkləyən dərmanların hazırlanmasına kömək edə bilər. Zülalların mexaniki şəkildə necə işlədiyinə dair anlayışlar təmin etməklə, bu mikroskopiya üsulu nəticədə hətta dərman kəşfini sürətləndirə bilər.

Daha çox məlumat: Thomas A. Hensel et al, Difraksiya minimumları dalğa uzunluğunun yüzdə bir neçəsində nöqtə səpələyicilərini həll edir, Təbiət Fizikası (2025). DOI: 10.1038/s41567-024-02760-1

Jurnal məlumatı: Təbiət Fizikası 

Max Planck Cəmiyyəti tərəfindən təmin edilmişdir