LMU-forskare förenklar MINFLUX-mikroskopet och har lyckats differentiera molekyler som är extremt nära varandra och spåra deras dynamik.

För bara några år sedan, en till synes grundläggande upplösningsgräns inom optisk mikroskopi ersattes – ett genombrott som 2014 ledde till Nobelpriset i kemi för superupplösningsmikroskopi. Sedan dess, det har skett ytterligare ett kvantsprång på detta område, vilket ytterligare har reducerat upplösningsgränsen till den molekylära nivån (1 nm).

Forskare vid LMU München och University of Buenos Aires har nu lyckats skilja mellan molekyler som är extremt nära varandra och till och med spåra deras dynamik oberoende av varandra.

Detta uppnåddes med den nya p-MINFLUX-metoden genom att förfina och förenkla det nyligen utvecklade MINFLUX-mikroskopet som krävs för 1 nm upplösning. Ytterligare funktioner tillåter också att särskilja de typer av observerade molekyler. p-MINFLUX-metoden frågar efter platsen för varje fluorescensmärkt molekyl genom att placera ett laserfokus nära molekylen. Fluorescensintensiteten fungerar som ett mått på avståndet mellan molekylen och laserfokusets centrum. Den exakta positionen för molekylen kan sedan erhållas via triangulering genom att systematiskt ändra laserfokusets centrum i förhållande till molekylen.

Grupperna ledda av professor Philip Tinnefeld (LMU) och professor Fernando Stefani (Buenos Aires) interkalerade laserpulserna i tid så att de kunde växla mellan fokuspositionerna med högsta möjliga hastighet. Dessutom, genom att använda snabb elektronik, en tidsmässig upplösning inom intervallet pikosekunder uppnåddes, vilket motsvarar elektroniska övergångar inom molekylerna. Med andra ord, gränserna för mikroskopet bestäms uteslutande av fluorescensegenskaperna hos de använda färgämnena.

I denna publikation, forskarna lyckades visa att den nya p-MINFLUX-metoden möjliggör lokal fördelning av fluorescenslivslängden – den viktigaste mätvariabeln för att karakterisera färgämnenas miljö – med en upplösning på 1 nm. Philip Tinnefeld förklarar:"Med p-MINFLUX kommer det att vara möjligt att avslöja strukturer och dynamik på molekylär nivå som är grundläggande för vår förståelse av energiöverföringsprocesser upp till biomolekylära reaktioner."

Detta projekt finansierades av den tyska forskningsstiftelsen (Cluster of Excellence e-conversion, SFB1032), rådet för vetenskaplig och teknisk forskning (CONICET) och Statens forskningsfrämjande organ, Teknologisk utveckling och innovation (ANPCYT) i Argentina. Prof. Stefani är Georg Forster-pristagaren av Alexander von Humboldt Foundation och, i denna roll, en regelbunden gästforskare i fysikalisk kemi vid LMU München.