UNSW Sydney-forskare har delat steg-för-steg-instruktioner för att ge andra forskare möjlighet att förbättra upplösningen och stabiliteten hos mikroskop med en molekyl.

Forskare kommer att kunna bygga ultraprecisa mikroskop för att visualisera och utforska interaktionen mellan enskilda molekyler i celler, tack vare ett system som gjorts tillgängligt för det vetenskapliga samfundet av medicinska forskare från UNSW.

Deras system övervinner enkelt och praktiskt de utmaningar som är förknippade med rörelse under avbildning, överskrider strömgränserna för mikroskop med superupplösning.

När provet eller mikroskopuppsättningen rör sig under avbildning, fel införs som försämrar molekylär upplösning - detta kallas drift.

"Drift är ett stort hinder för att uppnå upplösning utöver de 20–30 nm som fastställts av Nobelprisbelönt superupplösningsfluorescensmikroskopi, " säger Scientia-professor Katharina Gaus från UNSW Medicine's Single Molecule Science.

"Ju längre tid det tar att avbilda ett prov, desto mer avdrift blir det. Den största orsaken till drift är vibrationer från människor som går förbi, eller bilar som kör utanför byggnaden, " hon säger.

Professor Gaus förklarar att för enmolekylär avbildning, forskare brukar märka molekyler med fluorescerande färgämnen och få dem att blinka av och på med laser.

"Vi kan inte avbilda dem alla samtidigt. Så, när provet driver på mikroskopet kommer positionen för de glödande molekylerna i början av experimentet att skilja sig från positionen i slutet av experimentet, introducerar en artefakt, " hon säger.

Det aktiva stabiliseringssystemet som teamet av biofysiker på UNSW utvecklat hanterar detta problem genom att lägga till sensorer i mikroskopet med ett återkopplingssystem för att justera om den optiska vägen när den upptäcker minsta förändring. Stabiliseringssystemet återställer automatiskt den optiska vägen till inom en nanometer från dess ursprungliga position i alla tre dimensioner kontinuerligt medan proverna avbildas.

Efter att ha beskrivit designen av deras autonoma återkopplingssystem i en Vetenskapliga framsteg publicering tidigare i år, laget beskriver nu i Naturprotokoll hur man implementerar ett stabiliseringssystem för att aktivt korrigera inriktningen av mikroskop med superupplösning och eliminera drift.

"Det är en guide för hur vi använder vårt feedback-system på olika inställningar. Vi implementerade det på en rad olika system, inklusive på kommersiellt tillgängliga mikroskop, "säger Dr Simao Pereira Coelho, som ledde detta projekt.

Protokollet är utformat för att även användare utan optisk specialistutbildning ska kunna uppgradera befintliga mikroskop, inklusive en guide för att använda programvaran och integrera hårdvaran i ett specialbyggt eller standardmikroskop.

"Vi kan nu avbilda så länge vi vill, för att få mer information ur ett prov - utan att kompromissa med datakvaliteten. Detta gör inte bara experimenten mer exakta, men det öppnar upp för den här nya idén att du kan köra detta helt självständigt, säger prof. Gaus.

"Samma tillvägagångssätt kan också användas i andra instrument som kräver hög precision, till exempel i atomkraftsmikroskopi eller DNA-sekvenserare, eller där det inte är så enkelt att serva och justera ett instrument manuellt, " hon säger.