Ученые научились измерять расстояния с точностью в 1 нанометр

Прогресс в «обычной», оптической микроскопии связан необходимостью преодоления так называемого дифракционного предела. В оптическом диапазоне не удается получить изображения объектов размером менее 200 нанометров из-за того, что этот размер меньше длины волны, и свет просто «огибает» эти предметы.

Один из путей измерения расстояний менее дифракционного предела предусматривает измерение расстояний между флюоресцентными молекулами-метками, которые прикрепляют к молекулам, расстояния между которыми необходимо выяснить. В этом случае ученые получают два изображения, полученные в результате подсветки флюоресцентных меток разного цвета. Сравнение двух «картинок» позволяет измерять дистанции с точностью от 5 до 20 нанометров, но было неясно, может ли точность быть увеличена.

Ведущий автор разработки Александрос Пестинидис (Alexandros Pertsinidis) и его коллеги отследили главную проблему с маленькими пространственными искажениями в фотоэлектрических детекторах - приборах с обратной зарядовой связью (ПЗС), которые используются в микроскопии.

«Мы показали, что разные пикселы ПЗС-матрицы выдают разные электрические сигналы при одинаковом количестве падающего света. Это приводит к тому, что отдельные молекулы, которые снимает камера, отображаются на местах, отличающихся от их реального положения на образце. Эти ошибки локализации являлись главным ограничением для обычной микроскопии, и должны были быть устранены, чтобы достичь разрешения 1 нанометр», - сказал Пестинидис.

Ему и его коллегам удалось добиться, что микроскоп и вся экспериментальная установка остаются очень устойчивыми, что дало и возможность получать резкие снимки отдельных молекул. Точность измерения расстояния между молекулами в эксперименте, результаты которого были опубликованы в журнале Nature, составила 0,77 нанометра, что примерно в семь раз больше размера отдельного атома.

«Эта технология поможет понять устройство сложных молекулярных машин, которые работают в живых клетках», - сказал собеседник агентства, отвечая на вопрос о возможных применениях этой разработки.

«Я сам хотел бы изучить, как различные типы раковых клеток реагируют на повреждение ДНК во время химио- и радиотерапии. Я надеюсь увидеть, как отдельные молекулы располагаются в месте повреждений», - добавил он.

По словам ученого, подобные эксперименты позволят создать более эффективные методы лечения рака.

Кроме того, микроскопия с нанометровым разрешением позволит понять, как на молекулярном уровне взаимодействуют синапсы - соединения между отдельными нейронами - в мозге.

«Это очень важно для понимания того, как работает мозг, как работает память», - заключил исследователь.

Этот метод также должен вдохновить продвижение в нанотехнологиях и астрономических измерениях, которые также зависят от цифровых камер.