De kan göra små cellstrukturer synliga:banbrytande ljusmikroskop erbjuder upplösningar på några tiondels nanometer – med andra ord, en miljondels millimeter. Tills nu, superupplösta mikroskop var mycket långsammare än konventionella metoder, eftersom mer eller finare bilddata måste registreras. Tillsammans med partners från Jena, forskare från "Bielefeld"-universitetet har nu utvecklat superupplösnings-SR-SIM-processen ytterligare. Akademiker visar att SR-SIM också är möjligt i realtid och med en mycket hög avbildningshastighet - och därmed lämplig för att observera rörelser av mycket små cellpartiklar, till exempel. Deras resultat har publicerats idag (20 september) i tidskriften Naturkommunikation .

"Det är detta som gör den här typen av mikroskopi verkligen användbar för tillämpningar inom biologi eller medicin. Problemet hittills är att mikroskop som erbjuder en tillräckligt hög upplösning inte kan visa information med motsvarande hastighet, " säger professor Dr Thomas Huser, som leder arbetsgruppen för biomolekylär fysik vid Bielefeld University. SR-SIM-projektet finansieras av den tyska forskningsstiftelsen (DFG) och Europeiska unionen genom Marie Skłodowska-Curie Actions.

SR-SIM står för "super-resolution structured illumination microscopy" och är en fluorescensmikroskopiprocedur. Objekt bestrålas med laserljus. Detta ljus exciterar speciella fluorescerande molekyler i provet så att de återutsänder ljus vid en annan våglängd. Den mikroskopiska bilden visar sedan det återutsända ljuset. "Till skillnad från andra konventionella fluorescensmikroskopimetoder, SR-SIM belyser inte proverna enhetligt, men med böter, rutnätsliknande mönster. Denna speciella teknik möjliggör mycket högre upplösning, säger Huser.

Proceduren består av två steg:ljuset som återutsänds av provet registreras först i flera individuella bilder. Den färdiga bilden rekonstrueras sedan på en dator från dessa rådata. "Det andra steget, särskilt, har kostat mycket tid hittills, säger Andreas Markwirth, också medlem i Bielefeld Universitys Biomolecular Physics Working Group och huvudförfattare till studien. Bielefeldforskarna arbetade därför tillsammans med professor Dr. Rainer Heintzmann från Leibniz Institute for Photonic Technologies och Friedrich Schiller University i Jena för att påskynda processen. Mikroskopet är nu designat för att generera rådata snabbare. Dessutom, bildrekonstruktion tar betydligt kortare tid tack vare användningen av parallell datorbehandling på moderna grafikkort.

För sina studier, forskarna testade den nya metoden på biologiska celler och registrerade mitokondriers rörelser, cellorganeller ungefär en mikrometer stora. "Vi har kunnat producera cirka 60 bilder per sekund – en högre bildhastighet än biofilmer. Tiden mellan mätning och bild är mindre än 250 millisekunder, så tekniken tillåter inspelning i realtid, säger Markwirth.

Tills nu, superupplösningsmetoder har ofta kombinerats med konventionella metoder:ett konventionellt snabbt mikroskop används för att först hitta strukturer. Dessa strukturer kan sedan undersökas i detalj med hjälp av ett superupplösningsmikroskop. "Dock, vissa strukturer är så små att de inte kan hittas med konventionella mikroskop, till exempel specifika porer i leverceller. Vår metod är både högupplöst och snabb, som gör det möjligt för biologer att utforska sådana strukturer, " säger Huser. En annan tillämpning för det nya mikroskopet är studiet av viruspartiklar på väg genom cellen. "Detta gör det möjligt för oss att förstå exakt vad som händer under infektionsprocesser, " säger Huser. Han förväntar sig att mikroskopet kommer att användas för sådana studier vid Bielefeld University under det kommande året.

Superupplösta mikroskop har bara funnits i cirka 20 år. År 1873, Ernst Abbe hade upptäckt att upplösningen av ett optiskt system för synligt ljus är begränsad till cirka 250 nanometer. Under de senaste åren har dock, flera optiska metoder har utvecklats för att bryta det som blivit känt som Abbes diffraktionsbarriär. Under 2014, William E. Moerner och Eric Betzig, båda från USA, samt Stefan Hell från Tyskland belönades med Nobelpriset i kemi för att ha utvecklat en superupplösning i intervallet cirka 20 till 30 nanometer.