Журнал «Юный техник»: Юный техник, 2015 № 02

Схема работы люминесцентного микроскопа.

Так выглядит клетка в тот момент, когда испускает свечение.

Снимки микрообъектов, полученные при помощи флуоресцентной микроскопии.

Мернер распределил эти молекулы GFT в геле так, чтобы расстояние между каждой отдельной молекулой было больше, чем дифракционный предел Аббе. Из-за того, что они были рассеяны столь редко, микроскоп оказался в состоянии регистрировать свечение отдельных молекул. О своей работе Мернер рассказал в журнале Nature в 1997 году.

Полученные Мернером результаты помогли Эрику Бетцигу. Он догадался, что если микроскоп будет регистрировать излучение молекул с определенной длиной волны, рассеянных в образце не ближе друг к другу, чем 0,2 мкм (приблизительная величина предела Аббе), то положение может быть определено с высокой точностью. Если же в образце будут молекулы с разными свойствами, например, дающие при флуоресценции ответное излучение с разной длиной волны, то можно сделать отдельные картины распределения каждого «вида» молекул. После этого можно, накладывая изображения друг на друга, добиться разрешения, превышающего предел Аббе. Молекулы будут различимы, даже если расстояние между ними составит всего несколько нанометров.

Эти идеи Бетциг высказал в своей публикации в журнале Optics Letters в 1995 году, но реализовать их казалось невозможным, так как не находилось молекул с нужными свойствами. Бетциг на некоторое время оставил академическую деятельность, но продолжал следить за публикациями и вернулся к работе в области микроскопии, как только узнал об исследованиях GFP. К 2005 году он разработал свой метод преодоления предела Аббе. Молекулы не испускали свет разного цвета, как он предполагал ранее, а начинали светиться в разные моменты времени. Этого оказалось достаточно, чтобы получить набор изображений, из которых сложится одно — уже со сверхвысоким разрешением. Метод получил название «микроскопия локализованной фотоактивации».

Как поясняется в сообщении Нобелевского комитета для прессы, новаторство ученых заключается в том, что световую микроскопию они подняли до уровня наноизмерений. После работ Хелла, Мернера и Бетцига оптическая микроскопия преодолела дифракционный предел Аббе и превратилась в «наноскопию».

«Нам удалось увидеть различные детали клеток, и это важно для того, чтобы понять, как клетки функционируют и что происходит, когда они повреждены», — сказал во время пресс-конференции в Стокгольме один из лауреатов, Стефан Хелл.

На этом можно было бы и закончить рассказ. Но спустя две недели после того, как Эрик Бетциг вместе с двумя своими коллегами узнал о присуждении ему Нобелевской премии, он преподнес своего рода сюрприз. Ученый объявил, что создал новый микроскоп, который по возможностям намного превосходит предыдущую модель (PALM), за которую ему и была вручена премия.

«Я начал думать над созданием микроскопа с тех пор, как мне надоел старый, тот самый, за который мне присудили Нобелевскую премию. Я осознал, насколько он примитивен, — сказал Бетциг. — Главной проблемой, с которой я столкнулся, было сохранение пространственного разрешения и скорости на высоком уровне. При этом необходимо было добиться и того, чтобы рассматриваемая клетка не получала никаких повреждений. И этого удалось добиться: достаточно было изменить конструкцию, сделав так, чтобы свет подавался с боковой стороны устройства»…

Далее он подчеркнул, что с помощью нового микроскопа можно наблюдать отдельные клетки в полном 3D, при этом не нанося им абсолютно никаких повреждений. Можно наблюдать и за движущимися объектами, рассматривать отдельные белки и даже единичные нейроны в мозге.

С. СЛАВИН

ЗАЧЕМ «ЗАКРУТИЛИ» СВЕТ?

Группа исследователей из Венского университета и Института квантовой оптики и квантовой информации впервые в истории осуществила передачу информации при помощи лучей «закрученного» света, преодолевающих достаточно большое расстояние по открытому воздуху.

Ученые уверяют, что, придавая световому лучу форму «штопора» с помощью специального устройства, можно организовать множество дополнительных каналов передачи данных, увеличивая их пропускную способность теоретически до бесконечности.

До этого уже проводились эксперименты, где лучи «закрученного» света пропускали по оптическому волокну. Причем в одном из опытов была получена скорость передачи информации 2,5 терабита в секунду.