מדענים פותרים בעיית מיקרוסקופיה בת עשרות שנים

לימוד רקמות, תאים וחלבונים תחת מיקרוסקופ חיוני למניעת מחלות וטיפול. מחקר זה דורש מדידה מדויקת של הממדים של המבנים הביולוגיים הללו. עם זאת, כאשר צופים במיקרוסקופ אור, דגימות אלה יכולות לפעמים להיראות פחוסות יותר מהצורה האמיתית שלהן.

חוקרים מאוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה הוכיחו כעת לראשונה שהעיוות הזה אינו קבוע, בניגוד למה שהניחו מדענים רבים במשך עשרות שנים. פריצת הדרך, פורסם ב אופטיקה, מאשרת תחזית של חתן פרס נובל סטפן הל משנות ה-90. בעזרת כלי חישוב ותוכנה מקוונים, כל חוקר יכול כעת לקבוע את העומק הנכון של דגימה ביולוגית.

מדגם פחוס

כאשר צופים בדגימות ביולוגיות במיקרוסקופ, קרן האור מופרעת אם עדשת האובייקטיבית נמצאת במדיום שונה מהדגימה. לדוגמה, כאשר מסתכלים על דגימה מימית עם עדשה מוקפת באוויר, קרני האור מתכופפות בצורה חדה יותר באוויר סביב העדשה מאשר במים. הפרעה זו מובילה לכך שהעומק הנמדד במדגם קטן מהעומק בפועל.

כתוצאה מכך, המדגם נראה שטוח. "בעיה זו ידועה כבר זמן רב, ומאז שנות ה-80 פותחו תיאוריות לקביעת גורם מתקן לקביעת העומק. עם זאת, כל התיאוריות הללו הניחו שגורם זה קבוע, ללא קשר לעומק המדגם. זה קרה למרות העובדה שחתן פרס נובל מאוחר יותר, סטפן הל, ציין בשנות ה-90 כי קנה המידה הזה יכול להיות תלוי עומק", מסביר פרופסור חבר ג'ייקוב הוגנבום.

חישובים, ניסויים וכלי אינטרנט

סרגיי לוגינוב, פוסט דוקטורט לשעבר באוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה, הראה עם חישובים ומודל מתמטי שהמדגם אכן נראה שטוח יותר קרוב לעדשה מאשר רחוק יותר. המועמד לדוקטורט דאן בולטה והפוסט-דוקטורט ארנסט ואן דר ווי אישרו לאחר מכן במעבדה שהגורם המתקן תלוי בעומק.

ואן דר ווי: "ריכזנו את התוצאות שלנו לכלי אינטרנט ותוכנה שסופקו עם המאמר. עם הכלים האלה, כל אחד יכול לקבוע את הגורם המתקן המדויק עבור הניסוי שלו."

הבנת חריגות ומחלות

"בין השאר הודות לכלי החישוב שלנו, אנחנו יכולים כעת לחתוך בדיוק רב חלבון וסביבתו ממערכת ביולוגית כדי לקבוע את המבנה במיקרוסקופ אלקטרוני. מיקרוסקופיה מסוג זה היא מורכבת מאוד, גוזלת זמן ויקרה להפליא. לכן חשוב מאוד להבטיח שאתה מסתכל על המבנה הנכון", אומר Boltje.

"עם קביעת העומק המדויקת יותר שלנו, אנחנו צריכים להשקיע הרבה פחות זמן וכסף על דגימות שהחמיצו את המטרה הביולוגית. בסופו של דבר, נוכל לחקור חלבונים ומבנים ביולוגיים רלוונטיים יותר. וקביעת המבנה המדויק של חלבון במערכת ביולוגית היא חיונית להבנה ובסופו של דבר להילחם בהפרעות ומחלות".

על כלי האינטרנט

בכלי האינטרנט תוכל למלא את הפרטים הרלוונטיים של הניסוי שלך, כגון מדדי השבירה, זווית הצמצם של המטרה ואורך הגל של האור בו נעשה שימוש. לאחר מכן הכלי מציג את העקומה עבור גורם קנה המידה תלוי העומק. אתה יכול גם לייצא נתונים אלה לשימושך הפרטי. בנוסף, ניתן לשרטט את התוצאה בשילוב עם התוצאה של כל אחת מהתיאוריות הקיימות.