Tills nyligen, om forskare ville studera blodkroppar, alger, eller bakterier under mikroskopet, de var tvungna att montera dessa celler på ett underlag som en glasskiva. Fysiker vid Bielefeld och Frankfurt universitet har utvecklat en metod som fångar biologiska celler med en laserstråle för att studera dem med mycket höga upplösningar. I science fiction -böcker och filmer, principen är känd som 'traktorstrålen'. Med denna procedur, fysikerna har fått superupplösningsbilder av DNA:t i enstaka bakterier. Fysikern Robin Diekmann och hans kollegor publicerar denna nya utveckling i det senaste numret av forskningstidskriften Naturkommunikation .

Ett av problemen för forskare som vill undersöka biologiska celler mikroskopiskt är att varje förberedande behandling kommer att förändra cellerna. Många bakterier föredrar att kunna simma fritt i lösning. Blodceller är liknande:De är kontinuerligt i snabbt flöde, och förbli inte på ytor. Verkligen, vidhäftning till en yta förändrar deras struktur och de dör.

'Vår nya metod gör att vi kan ta celler som inte kan förankras på ytor och sedan använda en optisk fälla för att studera dem med en mycket hög upplösning. Cellerna hålls på plats av en slags optisk traktorstråle. Principen bakom denna laserstråle liknar konceptet i tv -serien "Star Trek", säger professor dr. Thomas Huser. Han är chef för forskningsgruppen för biomolekylär fotonik vid fysiska fakulteten. ”Det speciella är att proverna inte bara immobiliseras utan substrat utan också kan vridas och roteras. Laserstrålen fungerar som en utsträckt hand för att göra mikroskopiskt små justeringar. '

Bielefeld -fysikerna har vidareutvecklat proceduren för användning i superresolution fluorescensmikroskopi. Detta anses vara en nyckelteknologi inom biologi och biomedicin eftersom det ger det första sättet att studera biologiska processer i levande celler i stor skala - något som tidigare bara var möjligt med elektronmikroskopi. För att få bilder med sådana mikroskop, forskare lägger till fluorescerande sonder till cellerna de vill studera, och dessa tänds sedan när en laserstråle riktas mot dem. En sensor kan sedan användas för att spela in denna fluorescerande strålning så att forskare till och med kan få tredimensionella bilder av cellerna.

I deras nya metod, Bielefeld -forskarna använder en andra laserstråle som en optisk fälla så att cellerna flyter under mikroskopet och kan flyttas efter behag. 'Laserstrålen är mycket intensiv men osynlig för blotta ögat eftersom den använder infrarött ljus, säger Robin Diekmann, medlem i Biomolecular Photonics Research Group. 'När denna laserstråle riktas mot en cell, krafter utvecklas inom cellen som håller den inom strålens fokus, säger Diekmann. Med sin nya metod, Bielefeld -fysikerna har lyckats hålla och rotera bakterieceller på ett sådant sätt att de kan få bilder av cellerna från flera sidor. Tack vare rotationen, forskarna kan studera DNA:s tredimensionella struktur med en upplösning på cirka 0,0001 millimeter.

Professor Huser och hans team vill ytterligare ändra metoden så att den gör det möjligt för dem att observera samspelet mellan levande celler. De skulle då kunna studera, till exempel, hur bakterier penetrerar celler.

För att utveckla de nya metoderna, forskarna i Bielefeld arbetar tillsammans med Prof. Dr. Mike Heilemann och Christoph Spahn från Johann Wolfgang Goethe -universitetet i Frankfurt am Main.