Что такое флуоресцентный микроскоп?

Что такое флуоресцентный микроскоп?

Флуоресцентный микроскоп — это устройство для наблюдения флуоресценции флуоресцентных веществ в объекте с использованием лазерного света, ртутной лампы сверхвысокого давления или ксеноновой лампы в качестве источника света. В обычных оптических микроскопах в качестве источника света используется видимый свет, такой как галогенные лампы, для облучения объекта и наблюдения отраженного и проходящего света.

Флуоресцентный микроскоп — это тип микроскопа, который в основном нацелен на биологические ткани и клетки, меченые флуоресцентными веществами. Поскольку разрешение микроскопа зависит от длины волны используемого света, флуоресцентный микроскоп, использующий свет с короткой длиной волны, характеризуется превосходным пространственным и временным разрешением.

Таким образом, можно получить высококоличественную информацию. Флуоресцентный микроскоп становится все более и более важным, поскольку его функции становятся все более сложными, как конфокальная лазерная микроскопия и многофотонная микроскопия.

Применение флуоресцентного микроскопа

Флуоресцентный микроскоп в основном используется для биовизуализации. Конкретными целями являются клетки и ткани, которые можно наблюдать при жизни. Следующие методы используются в сочетании для маркировки объектов флуоресценцией:

• Технология флуоресцентной маркировки определенных белков с помощью генетической рекомбинации или другими способами
• Маркировка нуклеиновых кислот и других веществ флуоресцентно мечеными химикатами
• Технология экспрессии флуоресцентных белков в определенных клетках

Эти технологии позволяют нам наблюдать локализацию целевых белков и экспрессируемых генов. Кроме того, были разработаны препараты и белки, которые испускают флуоресценцию в ответ на определенные вещества, что позволяет визуализировать нейронную активность и внутриклеточную динамику веществ.

В последние годы появление технологии CRISPR значительно упростило создание генетически модифицированных организмов, а сфера ее применения стремительно расширяется.

Принцип работы флуоресцентного микроскопа

Флуоресцентный микроскоп — это прибор для наблюдения флуоресценции. Флуоресценция испускается, когда флуоресцентное вещество поглощает определенный свет в качестве энергии (возбуждающий свет) и снова высвобождает энергию.

Воздействие возбуждающего света вызывает быстрое излучение света. Длина волны флуоресценции больше длины волны возбуждающего света, и эти длины волн меняются в зависимости от флуоресцентного материала. Флуоресцентный микроскоп имеет блок фильтров для наблюдения за определенной флуоресценцией, который состоит из:

• Фильтр, пропускающий возбуждающий свет от источника света
• Фильтр, пропускающий испускаемую флуоресценцию
• Зеркало для предотвращения интерференции возбуждающего света с флуоресценцией

Заменяя или комбинируя фильтры, можно наблюдать различные флуоресцентные материалы из одного и того же образца.

Другая информация о флуоресцентном микроскопе

1. Разрешение флуоресцентного микроскопа

Рисунок 1. Разрешение флуоресцентного микроскопа

Разрешение микроскопа относится к «минимальному расстоянию, на котором две близкие точки можно отличить от разных точек. Микроскопы используют линзы для увеличения и наблюдения объектов, и в принципе, можно увеличивать увеличение бесконечно, комбинируя линзы.

Однако в случае оптических микроскопов, которые используют свет для наблюдения за образцами, предел разрешения составляет примерно половину длины волны света из-за дифракции, которая является характеристикой света. Это считалось теоретическим пределом разрешения микроскопа, но была разработана технология, которая преодолела этот предел, и разработчик был удостоен Нобелевской премии по химии в 2014 году.

Метод называется «микроскопия сверхвысокого разрешения». До разработки микроскопии сверхвысокого разрешения предел разрешения флуоресцентного микроскопа составлял приблизительно 250 нм, но с микроскопией сверхвысокого разрешения разрешение может достигать 15–100 нм, что близко к разрешению электронной микроскопии. Микроскопия сверхвысокого разрешения достигает высокого разрешения за счет использования различных методов, позволяющих избежать ограничивающих факторов разрешения.

Методы микроскопии сверхвысокого разрешения, которые значительно улучшили разрешение и получили Нобелевскую премию по химии, включают «PALM» и «STED». PALM и STED достигли прорыва в разрешении флуоресцентного микроскопа за счет использования специальной оптики и специальных красителей. Микроскопы сверхвысокого разрешения, использующие различные другие технологии, производятся и выводятся на рынок различными компаниями.

2. Преимущества флуоресцентного микроскопа

Рисунок 2. Объекты, которые можно наблюдать с помощью флуоресцентного микроскопа

Преимущество флуоресцентного микроскопа заключается в том, что вы можете подробно наблюдать поведение молекул и структуру клеток в виде визуальной информации. Используя подходящий для вашей цели флуоресцентный микроскоп, вы можете наблюдать объекты с высоким временным и пространственным разрешением.

Также возможно наблюдать объект с использованием нескольких красителей. Например, когда два разных белка помечены красным и зеленым флуоресцентными веществами и наблюдаются, желтая область указывает на то, что эти два белка могут существовать в одном и том же месте клетки.

Различные флуоресцентные материалы и флуоресцентные микроскопы были разработаны для различных целей и областей применения и становятся все более важными в науках о жизни и клинических исследованиях.