Конфокальная микроскопия

Основой материально-технической базы ЦКП КМ является современный конфокальный лазерный сканирующий микроскоп LSM 710 фирмы Carl Zeiss , Германия.

Сканирующий модуль LSM 710:

  • сканирующий модуль с тремя одноканальными высокочувствительными детекторами;
  • произвольный выбор спектрального диапазона регистрации сигнала: с разрешением до 3 нм при последовательном сканировании и 10 нм при параллельном сканировании;
  • детектор проходящего света;
  • два независимых гальванометрических сканирующих зеркала;
  • сканирующее разрешение от 4х1 до 6144х6144 пикселей;
  • 14х2 скоростей сканирования; 5 рамок/сек при 512х512 пикселей, 0.38 мсек/линию из 512 пикселей (2619 линий/сек);
  • сканирующее увеличение от 0,6х до 40х с шагом 0,1х;
  • свободное вращение на 360° сканирующей рамки;
  • моторизованный конфокальный pinhole плавной регулировкой диаметра и координат;
  • разрядность данных 8, 12 или 16 бит.

Лазерный модуль LSM 710:

  • AOTF — температурно-стабилизированный акустооптический плавнорегулируемый фильтр; одновременный контроль интенсивности до 6-ти лазерных линий, время переключения < 5 мксек;
  • лазеры с предустановленными, заранее отъюстированными световодами (Pigtail-coupled);
  • видимый диапазон (VIS): диодный лазер (405 нм, CW/pulsed) 30 мВт; Ar-лазер (458, 488, 514 нм) 25 или 35 мВт;
  • DPSS-лазер (561 нм) 20 мВт; HeNe-лазер (594 нм) 2 мВт и HeNe-лазер (633 нм) 5 мВт;
  • до 6-ти лазерных источников одновременно.

Пособия по конфокальной микроскопии:

Г.И.Штейн " Конфокальная микроскопия: мифы и реальность" http://www.cytspb.rssi.ru/lab_stein/stein1.pdf
Красители : https://www.micro-shop.zeiss.com/?s=500685569860e7&l=en&p=uk&f=f

Программа AxioVision для просмотра LSM-изображений:
http://www.zeiss.de/C12567BE0045ACF1/Contents-Frame/4BFA588C935976C4C1256E0000492173

Атомно-силовая микроскопия

Сканирующая зондовая микроскопия:
Принцип сканирующей зондовой микроскопии заключается в сканировании поверхности образца сверхтонким зондом. Зонд с толщиной кончика порядка нескольких нанометров позиционируется непосредственно над образцом, позволяя регистрировать взаимодействие с ним. Если сравнить оптический микроскоп с человеком, обладающим супер-зрением, то сканирующий зондовый микроскоп можно описать как слепого человека с супер-чувствительными пальцами:

Пособия по сканирующей зондовой микроскопии:

Basic principles of AFM
Mironov_Book.pdf
Manual-BIOSCOPE.pdf

Пименение метода Атомно-силовой микроскопии в биологических исследованиях подробно изложен на сайте http://biomolecula.ru/content/956 :

"Метод АСМ нашел применение в биохимии и молекулярной биологии во всем диапазоне размеров исследуемых объектов — от целых бактерий и клеток различных живых организмов до отдельных белковых молекул. Цели, решаемые методом АСМ в этом диапазоне размеров, чрезвычайно разнообразны: идентификация микроорганизмов по их морфологии, исследование влияния различных веществ на жизнедеятельность клеток, визуализация и контроль образования фермент-субстратных комплексов, контроль размеров, структуры и стабильности различных наноструктур, использующихся для доставки лекарственных средств, визуализация единичных биомолекул и многое другое. Гибкость методик АСМ позволяет ученым находить все новые и новые приложения в биохимии, молекулярной биологии и биотехнологии.

С помощью данного метода проводятся исследования антибактериального действия различных препаратов. АСМ используется для изучения действия различных лекарств или изменения внешних условий на клетки АСМ сейчас применяется для исследований широкого спектра клеток человека, в том числе и клеток раковых опухолей, нейронных сетей, стенок сосудов и многих других объектов человеческого организма.
АСМ позволяет определять размеры, стабильность и морфологию различных наноструктур, использующихся для доставки лекарственных препаратов, а также контролировать «степень загрузки» лекарственным препаратом, склонность к аггрегации и некоторые другие параметры, способные помочь ученым при дальнейшей работе с исследуемым носителем.

Переходя к структурным компонентам клетки, АСМ позволяет визуализовать конформационные и структурные изменения молекул ДНК, позволив изучить влияние внешних факторов (например, УФ-излучения или радиации) на молекулу и определить места связывания различных ферментов и кофакторов, участвующих в транскрипции и репликации ДНК. Еще один интересный вариант использования метода при работе с ДНК — секвенирование с помощью СЗМ, основанное на регистрации зондом единичных азотистых оснований в нити ДНК. Специальная модификация кончика зонда позволяет поочередно фиксировать положения нуклеотидов каждого типа в цепочке ДНК, а потом объединить информацию о местоположении нуклеотидов в непрерывную последовательность генетического кода. Однако такой вариант секвенирования сейчас находится лишь в стадии разработки: ученым предстоит преодолеть еще целый ряд серьезных препятствий — в первую очередь, это стремление к соотношению цена/скорость/точность, сравнимому с классическими методами секвенирования, — прежде чем такой метод сможет найти коммерческое применение.

Зачастую в околонаучной прессе можно увидеть статьи о различных миниатюрных устройствах, микрофабриках или нанороботах, однако описывается это больше с точки зрения научной фантастики. На самом же деле ученые уже вплотную приблизились к разработке технологий, позволяющих воплотить в жизнь такие задумки. Прекрасной иллюстрацией служит работа американских ученых, которые с помощью сканирующей туннельной микроскопии показали, что молекулы антрахинона, размещенные на очень ровной поверхности, двигаются по прямой линии и способны переносить с собой одну или две молекулы СО 2. При этом размер такого «молекулярного переносчика» составляет не многим более 10 A и является ярким примером детали биологических наномеханизмов, которые будут разрабатываться в ближайшем будущем. "