Съвременните методи за многоцветна визуализация със свръхвисока разделителна способност изискват използването на няколко скъпи лазера и прецизна юстировка на оптиката. Системата U-STORM, разработена от специалисти от САЩ, може да работи само с един лазер от близката инфрачервена област. Това позволява значително да се опрости провеждането на биологични експерименти и да се изучават молекули с точност до 0,6 ангстрьома.

Наночастиците с възходящо преобразуване (UCNP) са синтетични наноматериали, способни последователно да поглъщат два или повече фотона с ниска енергия (обикновено от близката инфрачервена област) и да излъчват един фотон с по-висока енергия (във видимия или ултравиолетовия спектър). В продължение на десетилетия се смяташе, че това са абсолютно стабилни, немигащи източници на светлина. А за микроскопията със свръхвисока разделителна способност е необходимо именно частиците хаотично да се „включват“ и „изключват“ (да премигват) — това позволява да се разграничават припокриващите се молекули. Ето защо UCNP се смятаха за непригодни за такъв тип визуализация. Екип от учени от Масачузетския технологичен институт и Института Броуд си постави въпроса: възможно ли е тези частици да бъдат накарани да премигват, като се промени техният състав? Отговорът се оказа положителен.

Учените са създали наночастици с размер около 10 нм, обвити в няколко слоя, които спонтанно трептят при непрекъснато облъчване с лазер от близкия инфрачервен диапазон. При това това трептенето може да продължава безкрайно дълго, без да се налага използването на специални буферни разтвори, поглъщатели на кислород или външна намеса.

За разлика от традиционните багрила, които бързо избледняват под въздействието на светлината и ограничават възможностите за събиране на данни, платформата U-STORM (микроскопия на стохастична оптична реконструкция с използване на апконверсия) използва нов клас апконверсионни наночастици със зададен състав, способни на спонтанно и неограничено дълго трептене.

Точността на локализация

Благодарение на безкрайното трептене изследователите успяха да съберат над 88 000 събития за локализация от една-единствена частица, пише MIT News. Това позволи да се постигне точност на локализация от 0,6 ангстрьома. С други думи, стана възможно да се разграничат детайли, чиито размери са по-малки от диаметъра на водородния атом. Стандартните флуоресцентни багрила дават разделителна способност от порядъка на 10–20 нанометра (100–200 ангстрьома).

Освен това обичайната многоцветна микроскопия със свръхвисока разделителна способност изисква няколко скъпи лазера и сложна оптична настройка. U-STORM използва само един инфрачервен лазер, който едновременно възбужда частиците, излъчващи различни цветове. Това значително опростява експериментите: вместо да се заснемат изображения на няколко етапа, системата улавя всички цветове едновременно. Изследователите успешно демонстрираха това, като картираха димери и мултимери на рецептора на епидермалния растежен фактор в живи клетки при физиологични условия.

Учените вече работят върху разширяването на цветовата палитра, намаляването на размера на частиците и увеличаването на тяхната яркост. В бъдещите планове е прилагането на U-STORM за изучаване на сложни протеинови комплекси и сигнални пътища в клетките, които преди това са били невидими.

Терахерцовото излъчване идеално съответства на естествените колебания на атомите и електроните в материалите. Въпреки това, поради голямата дължина на вълната, терахерцовите лъчи не могат да бъдат фокусирани в малка точка. Досега това ограничаваше приложението им в микроскопията. Физици от САЩ успяха да заобиколят дифракционния предел — те разработиха нов микроскоп, способен да компресира терахерцовото излъчване до микроскопични размери.