يؤدي التصوير عالي الدقة باستخدام الأشعة السينية إلى تقدم كبير في مجال الفحص المجهري في تصوير الهياكل النانوية للعينات البيولوجية. وأنتج العلماء الصور الأولى للخلايا البيولوجية باستخدام هذه التقنية
تؤدي تقنية التصوير فائقة الدقة، باستخدام الأشعة السينية، إلى تقدم كبير في مجال الفحص المجهري في تصوير البنى النانوية للعينات البيولوجية. في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، أبلغ العلماء عن التقدم المحرز في تنفيذ نهج مجهر الأشعة السينية "عديم العدسة".
وأنتج العلماء الصور الأولى للخلايا البيولوجية باستخدام هذه التقنية.
إن القدرة الأكثر نجاحًا على رؤية هياكل الخلايا بمقاييس نانومترية يمكن أن تسفر عن نقطة مراقبة مهمة على الطريق إلى الثورة البيولوجية والتكنولوجية الحيوية. وفي حالة بكتيريا D.Radiodurans على سبيل المثال، يمكن أن يساعد ذلك في حل مسألة ما إذا كانت بنية الحمض النووي لهذا الكائن تحتوي على مناطق نووية تساهم في مقاومته للإشعاعات المؤينة. ومن خلال عرض هذه التقنية، أظهر العلماء كيف يمكن وضع عينة الخلية البيولوجية في التصوير ثلاثي الأبعاد.
التصوير بالأشعة السينية معروف بشكل خاص في التطبيقات الطبية، مثل جهاز التصوير المقطعي المحوسب. وعلى الرغم من ذلك فإن استخدام الأشعة السينية يسمح بما هو أكثر بكثير من التصوير العادي. وخاصة الأشعة السينية ذات الطول الموجي القصير الذي يسمح باستقبال أنواع مختلفة من الفحص المجهري القادرة على الوصول إلى دقة نانومترية. إحدى العقبات التي تحول دون تحقيق دقة عالية في الفحص المجهري للأشعة السينية هي صعوبة إنشاء عدسات أشعة سينية عالية الجودة. ومن أجل التغلب على هذه العقبة، تم إنشاء طرق الفحص المجهري "عديم العدسات" في العقد الماضي. هذه تقنية طورها العلماء في مجموعة الطب الحيوي بجامعة TUM في ميونيخ. وقد أثارت هذه التقنية الآمال في إجراء تصوير عالي الدقة للمواد والعينات البيولوجية.
تم تقديم تقنية التصوير، المعروفة باسم ptichography، لأول مرة في السبعينيات. واستمر التطور في مجال قياسات نمط الانكسار حيث يتم إضاءة العينة بضوء ضعيف. في حين أن استخدام هذه التقنية في الفحص المجهري الإلكتروني محدود، فقد اكتسب تصوير الثيثوغرافيا شعبية هائلة بين مجتمع التصوير بالأشعة السينية في السنوات الأخيرة، وذلك بفضل تطوير فرانز فايفر، الذي يرأس الآن مجموعة الفيزياء الطبية الحيوية في TUM. وقد نشر الفريق خطوة حاسمة في تطوير الكتابة اللمسية قبل عام.
والآن، أدى التعاون بين مجموعة فايفر والعلماء في جامعة غوتنغن في سويسرا إلى تطوير التطوير الأولي لتصوير الخلايا البيولوجية.
أظهرت النتائج أنه يمكن استخدام التصوير بالأشعة السينية بدون عدسة، وخاصة تصوير الثيثوغرافيا، لرسم خريطة دقيقة لكثافة الإلكترون الموجودة في العينة البيولوجية. العينات البيولوجية حساسة للغاية وغير مرئية تقريبًا للأشعة السينية، لذا فإن إنشاء تقنية قياس دقيقة كهذه يمثل تحديًا في حد ذاته.
تتطلع مجموعة فايفر إلى الأمام وتعمل على إدخال المزيد من التحسينات على هذه التقنية. وعلى وجه الخصوص، يعتزم فريقه التركيز على التصوير ثلاثي الأبعاد للعينات البيولوجية.
تعليقات 10
ما هو غير واضح؟ شوهدت البكتيريا منذ زمن طويل (Lewenhoek, 1673) ولكن مع الطريقة الجديدة يمكنك رؤية الهياكل داخل البكتيريا، على سبيل المثال توطين وبنية الحمض النووي وأفترض أيضًا مجمعات كبيرة. هناك أيضًا طرق أخرى لهذا الغرض، ولكن يبدو أنه باستخدام الطريقة الحالية تمكنوا من رؤية الهياكل داخل الخلايا التي لم يكن من الممكن رؤيتها من قبل.
الشيء الآخر الذي قد نحاول تحقيقه هنا هو التصوير المباشر مقارنة بالمجهر الإلكتروني الذي يتطلب قتل الخلايا ولا يسمح بالنظر عبر الإنترنت في العمليات.
بالمناسبة، البكتيريا الموجودة في الصورة Deinococcus-radiodorans هي بكتيريا مثيرة للاهتمام للغاية، جميع الخلايا الزائفة الأربع المرئية هي في الواقع بكتيريا واحدة تحتوي على أربع نسخ من الجينوم وتشكل خلية واحدة. وكما ذكرنا، تتمتع هذه البكتيريا بمقاومة غير عادية للإشعاع، وقد تمت دراستها على نطاق واسع في معهد وايزمان من قبل البروفيسور آفي مينسكي.
لا تفهم. تُستخدم الأشعة السينية لمعرفة بنية الجزيئات وفقًا لنمط تداخلها (انظر قصة الريبوسومات)، لكن الآن فقط يمكنك رؤية البكتيريا؟
أحد يشرح التناقض .
لا. البكتيريا والجزيئات ليست ذات حجم كمي وعادة لا تظهر خصائص كمومية.
وفقًا للكميين، فإن الجسيمات دون الذرية ليس لها موقع محدد سواء في المكان أو الزمان، وهي موجودة في أماكن لا حصر لها طوال الوقت، فإذا كان هذا صحيحًا فكيف يمكنك رؤيتها؟ بعد كل شيء، من المفترض أن تظهر هذه الصور غير واضحة في الصورة، وملطخة، ولا يهم نوع المجهر الذي نستخدمه.
هل على مستوى الفوتونات والإلكترونات ما تراه في العينة؟
عادةً لا يكون هذا مهمًا عند النظر إلى الخلايا والمواد العضوية مثل هذه، على سبيل المثال، في المجاهر متحد البؤر (التي تحظى بشعبية كبيرة في مجال علم الأحياء) تشبه الأفلام التي تصنعها التقاط العديد من الصور الفردية واحدة تلو الأخرى.
الرابط الذي أرسلته مثير للاهتمام للغاية. وحسب ما فهمت، فإنهم يرسلون شعاع الأشعة السينية الذي يمر عبر العينة ويخلق نمط حيود خلفها. وبمساعدة التعديلات الرياضية، من الممكن فهم حجم وعمق العينة في أي مكان معين - وهذه هي الطريقة التي تكتشف بها البنية الداخلية وكثافة المادة في المقاييس الصغيرة داخل البكتيريا.
وتعتمد درجة الدقة في الطريقة فقط على الطول الموجي للضوء المسقط، وهذا على الأرجح هو السبب وراء كون الأشعة السينية مفيدة لهذه الطريقة.
رابط PDF الذي يشرح تقنية "Ptychography" باللغة الإنجليزية ومعقد للغاية لفهمه (على الأقل بالنسبة لي) فمن يريد:
https://documents.epfl.ch/users/f/fp/fpfeiffe/www/pr/dierolf_epn_2008.pdf
هل تم التقاط لقطات التلسكوب هذه في "الوقت الفعلي"؟ أم أنها صور فردية؟
البكتيريا صغيرة الحجم، لكن هياكل الخلايا الموجودة بداخلها تقع على مقياس النانو. في الصورة يمكنك رؤية المناطق الموجودة داخل البكتيريا حيث الكثافة الأعلى، ملونة باللون الأحمر. يتم تلوين المناطق منخفضة الكثافة باللون الأزرق.
تظهر الصورة بكتيريا غير واضحة قليلاً. حجمها الفعلي حوالي ميكرون. أين يأتي عنصر النانو هنا؟