ابداع میکروسکوپ یکپارچه بزرگ دانشگاه توکیو برای مشاهده همزمان نانو و میکرو

قابلیت‌های بی‌نظیر میکروسکوپ جدید

این میکروسکوپ جدید که نتایج پژوهش آن در نشریه Nature Communications منتشر شده، دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی است که آن را از میکروسکوپ‌های رایج متمایز می‌کند. مهم‌ترین این ویژگی‌ها، توانایی ثبت سیگنال‌هایی با دامنه شدت ۱۴ برابر گسترده‌تر از دستگاه‌های موجود است.

از آنجا که این روش مشاهده، «بدون برچسب» (Label-free) است، کمترین آسیب ممکن را به سلول‌ها وارد می‌کند. این خصوصیت حیاتی، میکروسکوپ یکپارچه بزرگ را برای کاربردهای زیر ایده‌آل می‌سازد:

• پایش‌های طولانی‌مدت و پویا از فرآیندهای درون سلول‌های زنده.
• استفاده در کنترل کیفیت صنایع دارویی و زیست‌فناوری.
• مشاهده فرآیندهای حیاتی سلولی به شکلی کاملاً غیرتهاجمی.

برطرف کردن محدودیت‌های روش‌های کلاسیک

میکروسکوپ‌ها از قرن شانزدهم نقشی اساسی در توسعه علم داشتند، اما روش‌های پیشرفته امروزی همچنان با چالش‌های تخصصی همراه بودند. تیم پژوهشی دانشگاه توکیو شامل کوهکی هوریه، کی‌ایچیرو تودا، تاکوما ناکامورا و تاکورو ایدگوچی، برای غلبه بر این محدودیت‌ها، دو روش اصلی را ترکیب کردند:

مقایسه روش‌های پیشین

به گفته هوریه، هدف گروه، ترکیب هم‌زمان اندازه‌گیری نور رو‌به‌جلو و عقب بود تا بتوانند دامنه وسیعی از اندازه‌ها و حرکات درون سلول را در یک تصویر واحد مشاهده کنند.

چالش تفکیک سیگنال‌ها و دستاوردهای پژوهش

برای آزمودن کارایی میکروسکوپ، پژوهشگران روند مرگ سلولی را بررسی کردند و تصویری ثبت نمودند که اطلاعات نور در هر دو جهت را هم‌زمان در خود داشت. تودا، یکی از نویسندگان اول مقاله، بزرگ‌ترین چالش را تفکیک دقیق دو نوع سیگنال در یک تصویر و جلوگیری از ایجاد نویز یا اختلاط داده‌ها عنوان کرد.

دستاورد این روش، امکان اندازه‌گیری هم‌زمان موارد زیر بود:

• حرکت ساختار‌های سلولی در مقیاس میکرو.
• حرکت ذرات بسیار ریز در مقیاس نانو.

علاوه بر این، با مقایسه نورهای روبه‌جلو و عقب، پژوهشگران توانستند اندازه و ضریب شکست هر ذره را نیز تخمین بزنند؛ معیاری که میزان انحراف نور هنگام عبور از ذره را نشان می‌دهد.

آینده پژوهش

تیم پژوهش امیدوار است در گام‌های بعدی، بتواند ذرات کوچک‌تری مانند اگزوزوم‌ها و ویروس‌ها را نیز با این روش مشاهده و اندازه‌گیری کند. همچنین، آنها قصد دارند با کنترل شرایط سلول‌های زنده، جزئیات بیشتری از روند حرکت سلول‌ها به سمت مرگ را آشکار سازند و یافته‌های خود را با تکنیک‌های دیگر تطبیق دهند.