顕微鏡技術を組み合わせて、より強力なイメージング装置を開発(Microscopy Techniques Combine to Create More Powerful Imaging Device)

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2023-06-29 カリフォルニア工科大学(Caltech)

◆カリフォルニア工科大学(Caltech)の研究チームは、新しい類型の顕微鏡を開発し、生命を構成する分子を視覚化することをより容易にしました。BonFIREと呼ばれるこの顕微鏡は、蛍光マーカーと分子の振動に基づいた2つの顕微鏡技術を組み合わせることで、選択性と感度が向上し、単一分子レベルで生物学的プロセスを可視化し、分子の視点から生物学的なメカニズムを理解することができます。
◆研究者は、BonFIREを用いて細胞全体や単一分子をイメージングすることができると述べています。さらに、研究では、分子に「色」を付けて区別する能力も示されており、生命の分子の多様性を驚くほど詳細に観察することが可能です。

<関連情報>

単一分子感度の結合選択的蛍光イメージング Bond-selective fluorescence imaging with single-molecule sensitivity

Haomin Wang,Dongkwan Lee,Yulu Cao,Xiaotian Bi,Jiajun Du,Kun Miao & Lu Wei
Nature Photonics  Published:29 June 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41566-023-01243-8

顕微鏡技術を組み合わせて、より強力なイメージング装置を開発(Microscopy Techniques Combine to Create More Powerful Imaging Device)

Abstract

Bioimaging harnessing optical contrasts and chemical specificity is of vital importance in probing complex biology. Vibrational spectroscopy based on mid-infrared excitation can reveal rich chemical information about molecular distributions. However, its full potential for bioimaging is hindered by the achievable sensitivity. Here we report bond-selective fluorescence-detected infrared-excited (BonFIRE) spectro-microscopy. BonFIRE employs two-photon excitation in the mid- and near-infrared to upconvert vibrational excitations to electronic states for fluorescence detection, thus encoding vibrational information into fluorescence. The system utilizes tunable narrowband picosecond pulses to ensure high sensitivity, biocompatibility and robustness for bond-selective biological interrogations over a wide spectrum of reporter molecules. We demonstrate BonFIRE spectral imaging in both fingerprint and cell-silent spectroscopic windows with single-molecule sensitivity for common fluorescent dyes. We then demonstrate BonFIRE imaging on various intracellular targets in fixed and live cells, neurons and tissues, with promise for further vibrational multiplexing. For dynamic bioanalysis in living systems, we implement a high-frequency modulation scheme and demonstrate time-lapse BonFIRE microscopy of live HeLa cells. We expect BonFIRE to expand the bioimaging toolbox by providing a new level of bond-specific vibrational information and facilitate functional imaging and sensing for biological investigations.

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