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    新顯微鏡可實時捕捉納米尺度生物活動
    2024-11-18 19:03:55  來源:科技日報

    科技日報北京1112日電(記者劉霞)荷蘭拉德堡德大學科學家成功研制出一款新型顯微鏡,讓科學家首次能實時捕捉到生物過程的精彩瞬間,例如觀察蛋白質復合物在行動中的“模樣”。這臺顯微鏡或許能讓科學家見證新冠疫苗如何進入細胞、捕捉動脈鈣化如何悄然發生,為推動生物與醫學研究帶來新工具。相關論文發表于最新一期《先進功能材料》雜志。

    研究示意圖。圖片來源:《先進功能材料》

    此前使用顯微鏡時,科學家常面臨“魚或熊掌”的抉擇:要么在分子水平觀察冷凍且靜止樣品的細節;要么觀察活生生移動的樣品,但細節要粗糙很多。

    團隊解釋說,電子顯微鏡雖然能觀察精細的蛋白質復合物,但其電子束會損壞生物材料及其周圍流體,因此無法長時間觀察材料內發生的過程。為解決這個問題,他們嘗試在材料周圍包裹一層石墨烯保護層,以盡量減少電子束的“殺傷力”。但一旦用上保護膜,生物過程就會立即開始。他們必須爭分奪秒趕到顯微鏡前,在生物組織中精準定位,并調試好顯微鏡。這個過程至少需要半個小時,而在此期間,生物過程或許已經結束。

    面對這些挑戰,團隊巧妙設計了一套應對方案:他們先在樣品組織周圍涂上一層石墨烯,并立即將其冷凍,讓生物過程暫停;然后,他們使用一臺光學顯微鏡來鎖定想要觀察的特定區域;接著再將樣品置于新開發的電子顯微鏡內。設置妥當后,他們加熱材料,重新激活生物過程,新型顯微鏡則能在納米尺度直接可視化生物過程。

    此次團隊借助新型顯微鏡,揭示了在可能導致動脈和主動脈瓣鈣化的生物過程中,鈣是如何沉積的。

    團隊解釋說,除完全瓣膜置換術外,主動脈瓣鈣化目前尚無其他療法,因為科學家對此類鈣化知之甚少。他們計劃開發出一種“芯片上的心臟瓣膜”,并利用新型顯微鏡深入探究其中的奧秘。

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