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兩款高解析度螢光顯微鏡

2011/02/09 | 未分類 |

Original publish date:Nov 24, 2004

編輯 tslim 報導

兩組研究團隊分別開發出兩款解析度小於10奈米的高解析度螢光顯微鏡.

螢光顯微鏡是利用某一波長的雷射激發樣品而產生不同波長的螢光. 因此, 它應該是一個可以在不干擾蛋白質的情況下, 用來觀察蛋白質的利器. 然而, 一般的螢光顯微鏡最大的問題在於它的解析度只有半個波長左右, 也就是大約250到300奈米. 而蛋白質的平均大小卻只有1到10奈米左右.

為了克服這個問題, 研究人員曾使用原子力顯微鏡(AFM)的針頭來提高螢光訊號, 也就是所謂的掃描式近場光學顯微鏡(SNOM). 他們把針尖擺在螢光顯微鏡的激發雷射光的焦點處, 也就是在樣品的正上方, 然後讓樣品去做掃描. 就像尖端放電的原理一樣, 在針尖處的電場的強度大大地增強, 進而使螢光的強度也增強. 雖然這個方法可以解析影像接近10奈米, 但是所得到的影像品質卻相當差. 這是由於金屬針尖會"撲滅"(quench)或者是將螢光染料分子上的受激電子傳導出去, 而阻止光子發射的緣故.

在California Institute of Technology in Pasadena的Gerton及其同僚使用上下擺動的針頭, 並在最低點時針尖短暫與樣品接觸. 他們發現當針尖接觸樣品時, 螢光的訊號與背景訊號的對比大約是沒有接觸只用雷射激發時的20倍左右. 雖然理論上, 金屬針尖可以產生更大的增強效果, 但他們還是選擇使用矽針頭, 以避免"撲滅"效應. 用此來掃描5奈米大的半導體奈米晶體, 他們可以得到小於10奈米大小的解析度. 這個結果發表在2004年10月29日的Physical Review Letters中.

另一種AFM形式的裝置是直接把雷射光打進光纖中, 再用光纖去照射激發樣品. 這樣的方法可以減低背景的螢光. 這樣的顯微鏡通常對微弱的螢光訊號有較高的靈敏度, 但是其空間解析度卻較差. 在Max Planck Institute for Biochemistry in Martinsried, Germany的 Heinrich Frey及其同僚則同時結合了靈敏度及解析度. 他們將一鍍上金屬的針頭擺在100奈米寬的玻璃光纖上. 先用雷射光打入光纖中, 雷射光在光纖出口處產生的近場光透過針頭的基部傳到針尖處, 並激發在針尖處的樣品. 他們的樣品是兩端附有染料分子的DNA分子. 雖然他們仍然遭遇到"撲滅"效應的問題, 但低背景噪音的訊號仍使他們可以清楚地解析出兩個相距小於10奈米的染料分子, 而他們更宣稱他們的方法應該還可以得到更高的解析度. 這個結果發表在2004年11月10日的Physical Review Letters中.

The University of Rochester in New York的Lukas Novotny表示, 這兩組研究團隊的結果都相當突出, 因為他們所得到的影像品質都相當好. 他們證實了用針尖去增強螢光訊號的方法在單分子的等級是行得通的.

參考來源:

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  • [Aug 14, 2006] 再近一點—手掌擒拿術看見蛋白質
  • [Feb 12, 2005] 奈米粒子的量化毒性測試
  • [May 09, 2003] 用AFM的針頭移動原子
  • [Mar 08, 2002] 利用原子力顯微鏡發展奈米蛋白質陣列
  • [Aug 04, 2001] 微鏡技術更進一步
  • [Jul 19, 2001] 原子顯微鏡:更新的發展

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