0

0
1

文字

分享

0
0
1

「超解析三維光學顯微技術」透視果蠅全腦,可望更瞭解記憶機制!

PanSci_96
・2019/11/15 ・1535字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 566 ・九年級
相關標籤:

2014 年的諾貝爾化學獎頒給發明「超解析螢光顯微鏡」的三位科學家,此發明讓光學顯微鏡突破了解析度極限。

近期,中央研究院應用科學研究中心陳壁彰助研究員,與國立清華大學生命科學院院長暨腦科學中心主任江安世院士,共同開發了「透化層光定位顯微鏡」讓超解析顯微技術更進一步,從觀測細胞層級一舉推展到能看清楚大一萬倍的組織層級(如:果蠅全腦),此技術可望為組織生理與病理學研究帶來新的突破,更有潛力揭開大腦記憶機制的神祕面紗。

陳壁彰師承 2014 年諾貝獎得主貝吉格(Eric Betzig)博士,如今與江安世合作,將生物組織在顯微鏡下變得透明,以掌握單一蛋白質分子的數量及空間分布。這項技術能一次解構果蠅全腦的多巴胺神經網路,並看見記憶蛋白在特定神經細胞突觸上的新生。研究論文已於今(2019)年 10 月 18 日刊登在《自然通訊》(Nature Communications)。

從果蠅大腦,分析記憶機制

左:超解析全腦果蠅全腦多巴胺神經多尺度圖像。中:超解析之果蠅眼部單一神經。右:超解析全腦囊泡單胺運轉蛋白在神經上的分佈。圖/中研院提供

果蠅大腦的蕈狀體(mushroom body)與記憶息息相關。

研究團隊對比有受記憶訓練沒有受記憶訓練的果蠅蕈狀體,觀察其中「囊泡單胺運轉蛋白質」(vesicular monoamine transporter)的分布後,發現只有在部分的突觸會有此種蛋白質增加。這表示,在單一一顆神經細胞中,記憶不僅會存在細胞本體,更會儲存在神經細胞溝通的橋樑之間。

超解析三維光學顯微的技術突破

此研究發現是「超解析三維光學顯微技術」首次應用成果。

陳壁彰表示,這項最新技術可視為他今年稍早發表在 Communications Biology 研究的進階版。該研究利用層光定位顯微鏡,達到小於 100 奈米(nm)的三維空間解析度,除可看見細胞核孔的大小,更具有三維活體超分辨的解析力。

在這技術基礎上,江安世將其用於觀察完整的果蠅大腦,也就是在比單一細胞大將近一萬倍的組織中,定位其中所有蛋白質分子。然而,要將貝吉格博士的超解析螢光技術從二維細胞影像推進到三維組織研究,存在許多難題,例如:不透明的果蠅大腦光線穿透率很低、螢光染料難以均勻分布,以及層光顯微鏡觀察對象受限於很薄的單層細胞等。

超解析顯微鏡工作原理。左:當所有螢光蛋白同時亮起,顯微鏡解析度不足以解析各自蛋白位置。右:若分開激發,則可經由計算中心位置,進而重組出螢光蛋白奈米等級尺度影像。圖/中研院提供

為了解決這些問題,有賴跨領域實驗室之間的交流合作。

  • 江安世院士發明全腦組織透化方法,將果蠅腦變透明,讓可見光得以穿透
  • 中研院物理所的胡宇光特聘研究員,針對螢光分子的嫁接進行修飾
  • 李定國院士在影像運算上給予指導
  • 應科中心陳培菱研究員具有處理超解析率影像的經驗
  • 張書維副研究員參與模擬光學系統
  • 最後,朱麗安博士與呂杰翰博士完成系統架設、實驗操作與結果分析,完成論文。

研究團隊終於讓「透化層光定位顯微鏡」成功在深約 0.5 mm 的大腦空間中,看見蛋白質分子的分布情形。

而這項技術也讓影像解析的速度大幅提升。

原本一個晚上僅能解析一層二維的細胞影像,但經由團隊中台灣大學劉彥廷同學撰寫的平行運算軟體,將運算速度大幅提升,如今一天即可解析一隻果蠅全腦的三維影像,並可隨心所欲地在果蠅大腦中的任何神經元進行蛋白質數量的統計分析。

  • 本文改寫自中研院新聞稿,原標題為〈透視全腦!超解析三維光學顯微技術 可望更瞭解記憶機制〉
  • Chu, L. A., Lu, C. H., Yang, S. M., Liu, Y. T., Feng, K. L., Tsai, Y. C., … & Lee, T. K. (2019). Rapid single-wavelength lightsheet localization microscopy for clarified tissue. Nature communications, 10(1), 1-10.
  • 本論文共同第一作者為朱麗安博士及呂杰翰博士,本研究團隊包括楊舜閔、劉彥廷、蔡允齊、王文呈、張煒堃、馮冠霖。
文章難易度
PanSci_96
997 篇文章 ・ 868 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
空氣污染也可以變成可用能源?
valerie hung
・2017/05/22 ・789字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 560 ・八年級
相關標籤:

  • 首圖來源:UAntwerpen and KU Leuven

淨化空氣及尋找替代性能源,是當前人類面臨的兩大社會挑戰,如果能一次解決那該有多好?

比利時安特衛普(Antwerp)大學與魯汶(KU Leuven )大學的研究團隊也是這麼想:他們設計出一種可以邊淨化空氣,邊產生氫能源的全氣相光電化學電池,而且運作過程只需要照光!完整研究結果刊登 2017 年 4 月 10 日出版的(ChemSusChem)科學期刊上。

根據山米.佛布魯根(Sammy Verbruggen)教授解釋,設備內以薄膜隔成兩個部分:

空氣會在光陽極的這一側被清潔,同時帶有陰極的另一側則因降解作用製造出氫氣(hydrogen gas)。這些氫能可以儲存起來,作為氫能巴士等氫能設備的燃料使用。

這套技術靠得是「異相光催化(heterogeneous photocatalysis)」反應,其運用光與特殊催化劑(通常是某種半導體)來引發化學反應,屬於光化學反應中間接光解反應的一種,而異相光催化反應與其反應物在不同的物理相。

異相光催化過去常應用於從水抽取氫,而研究團隊發現用在含有有機污染物的空氣上也行得通,而且效率甚至更高。這套設備的運作原理和太陽能電池有些相似,都只要照光就可以進行,只是後者可以直接發電,前者則會產生氫能。目前的研究還只能靠人工光線運作,研究團隊正在努力改良材料,期盼未來可直接靠陽光觸發反應。

雖然聽起來能淨化空氣又能產生乾淨能源的電池很威,不過目前團隊只造出約手掌大,面積僅數平方公分的電池原型,還處於概念階段(proof-of-concept)。接下來團隊將投入讓技術規模化,以及能確實應用在工業的研究。

 

延伸閱讀:

原始論文:

  • Sammy W. Verbruggen et al.. Inside Back Cover: Harvesting Hydrogen Gas from Air Pollutants with an Unbiased Gas Phase Photoelectrochemical Cell (ChemSusChem 7/2017). ChemSusChem, 2017; 10 (7): 1640 DOI: 10.1002/cssc.201700485

參考資料:

文章難易度

0

0
0

文字

分享

0
0
0
【錯誤】防範武漢肺炎,一般人不需要把護目鏡拿出來戴|武漢肺炎內容查核 #014
PanSci_96
・2020/02/17 ・695字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 461 ・五年級
相關標籤:

 

北京大學王廣發醫師說因為沒有配戴防護眼鏡所以染上武漢肺炎。消息一出,大家開始瘋買護目鏡。但是,身為理性的公民,是不是應當要想想王廣發先生的身分是醫師呀~~後續王廣發於1月23日有進一步澄清,「需要護目鏡」是針對處理疫情的醫師,而非給一般民眾的建議,因為一般民眾在非必要場合下,並不會與病患近距離接觸。

這個建議與 WHO、美國 CDC、我國疾管署相同,護目鏡眼部保護是出現在臨床暫行指引給會接觸到患者的醫護人員的建議給醫療照護工作人員個人防護裝備建議中,而非屬給一般民眾的預防建議,身為老百姓的我們應該還是要勤洗手,不隨意觸碰眼、口、鼻,這樣做還比戴口罩、眼罩等一大堆裝備來得有效喔!

參考資料:

你最近也有看到關於 2019 新型冠狀病毒的謠言嗎?歡迎填寫這個表格回報給泛科學,我們會整理問題,連同解答一起更新到謠言專區當中

文章難易度

0

0
0

文字

分享

0
0
0
【錯誤】武漢肺炎的致死率高達 15 % ?太 over 啦!|武漢肺炎內容查核 #001
PanSci_96
・2020/02/17 ・579字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 549 ・八年級
相關標籤:

2019 新型冠狀病毒的疫情使得國內外人心惶惶,而國內有醫師看完國際期刊的研究之後幫大家畫了重點:「驚人發現,41例個案中居然有6例死亡,死亡率高達15%」還憤慨表示原來死亡率個位數 3-4% 是騙人的!

可是瑞凡,雖然你特地看了國際期刊真的很棒,不過論文的數據不是這樣解釋低!中央流行疫情指揮中心的傳染病防治醫療網指揮官張上淳,曾提醒大家這樣的詮釋易造成誤解,因為 Lancet 的這份研究對象是針對疫情初期確診的 41 個「中度以上患者(皆已有肺炎症狀)」,但臨床病例中還有許多是不一定有肺炎的輕症患者,要算死亡率的話當然要把他們也算進去啊!

這樣的話,新型冠狀病毒實際致死率是多少呢?截至 2020 年 4 月 27 日,衛福部疾管署公布目前全球致死率為 6.85% ,當然這個數字後續可能會持續波動,不過現在我們最不需要的就是多餘的恐慌了,只要做好必要的防疫措施例如勤洗手、必要的時候戴口罩,就不必一直自己嚇自己囉。( 109/4/27 內容更新)

參考資料:

你最近也有看到關於 2019 新型冠狀病毒的謠言嗎?歡迎填寫這個表格回報給泛科學,我們會整理問題,連同解答一起更新到謠言專區當中

文章難易度
PanSci_96
997 篇文章 ・ 868 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。