未來超高清晰電子顯微鏡能透視活體單細胞

【資料簡介】

未來超高清晰電子顯微鏡能透視活體單細胞

電子顯微鏡也許是顯微鏡中分辨率zui強的一種，它甚至能夠分辨單個原子。但是電子顯微鏡不能用于活細胞的觀察，因為電子會損壞觀察的樣本。麻省理工大學Mehmet Fatih Yanik教授的研究小組提出了一項新的計劃則可以克服這個問題。Yani等在0月的Physical Review A-Rapid Communications雜志中撰文表示，通過使用量子力學的測量技術可以讓電子在遠距離感應被觀察的物體，從而可以避免電子樣品的損壞。這種非侵入式電子顯微鏡可揭示生命和物質的基本問題，它能使研究人員觀察一個活體細胞內的分子。如果成功，那么這種顯微鏡能夠克服諾貝爾獎得主Dennis Gabor在956提出的電子顯微鏡的基本缺陷：觀察的媒介損壞了樣本。

電子顯微鏡用電子束而不是光束來給樣本成像。電子顯微鏡圖像的分辨率為0.2-0納米，是傳統光學顯微鏡的0-000倍。電子顯微鏡能夠將樣品放大兩百萬倍，而光學顯微鏡的zui大放大倍數為2000倍。

然而，生物學家一直不能用功能這么強大的電子顯微鏡觀察活體標本。因為電子束會破壞樣品。在電子顯微鏡成像時一個樣品接收到輻射劑量等同于0萬噸當量的在30米遠外爆炸所釋放的輻射量。暴露于這種高能電子束時，生物標本結構將迅速奔潰、一些化學鍵被修飾或者其他一些結構破壞。

雖然當前存在一個特殊的容器能夠使樣品保存在高度真空下水環境中，也已達到電子顯微鏡觀察的需求，但是在使用現有的電子顯微鏡觀察生物樣本前，樣品需要用化學方法保存或者冷凍處理，這些方法都能殺死細胞。

在初步設想的量子力學裝置中，電子束不會直接打在在被觀察的物體上。相反，一個電子束能繞著一上一下排列的兩個環中的一個飛行。這兩個環放得足夠近以便電子能在它們之間很容易的跳躍。然而，如果將一個物體（比如一個細胞）放在兩個環的中間，那么它將阻止電子跳躍，電子將被限定在一個環中。這個裝置能夠一次掃描樣品的一個像素（pixel），將這些像素組合起來能夠拼出整個樣品的圖像。但無論何時電子被捕獲了，系統將顯示一個黑的像素在那個地方。

雖然還有些技術上的困難（比如阻止成像電子與顯微鏡金屬中的電子相互作用）需要突破，但是Yanik 相信這種新型顯微鏡的分辨率zui終能夠達到幾個納米。這個水平的分辨率能夠讓科學家觀察分子在活體細胞內的情況，比如酶在活細胞中的活動，甚至是構建DNA的單個核酸分子圖。