איור זה מייצג חיידק המואר באינפרא אדום אמצע בפינה השמאלית העליונה, בעוד אור נראה ממיקרוסקופ שמתחתיו משמש כדי לסייע בלכידת התמונה. קרדיט: 2024 Ideguchi et al./ Nature Photonics
התמונות הכימיות שצולמו מבפנים של חיידקים היו ברורות פי 30 מאלו של מיקרוסקופים רגילים של אינפרא אדום בינוני.
חוקרים מאוניברסיטת טוקיו פיתחו מיקרוסקופ בינוני אינפרא אדום מתקדם, המאפשר להם לראות את המבנים בתוך חיידקים חיים בקנה מידה ננומטרי. מיקרוסקופיה אמצע אינפרא אדום מוגבלת בדרך כלל על ידי הרזולוציה הנמוכה שלה, במיוחד בהשוואה לטכניקות מיקרוסקופיה אחרות.
הפיתוח האחרון הזה יצר תמונות ב-120 ננומטר, שלדברי החוקרים הוא שיפור של פי שלושים ברזולוציה של מיקרוסקופים טיפוסיים של אינפרא אדום בינוני. היכולת לצפות בדגימות בצורה ברורה יותר בקנה מידה קטן יותר זה יכולה לסייע בתחומי מחקר מרובים, כולל במחלות זיהומיות, ופותחת את הדרך לפיתוח הדמיה מבוססת אינפרא אדום מדויקת עוד יותר בעתיד.
התחום המיקרוסקופי הוא המקום בו שוכנים וירוסים, חלבונים ומולקולות. הודות למיקרוסקופים מודרניים, אנו יכולים להעז ולראות את פעולתם הפנימית של התאים שלנו. אבל גם לכלים המרשימים האלה יש מגבלות. לדוגמה, מיקרוסקופים פלואורסצנטיים ברזולוציה סופר דורשים דגימות להיות מסומנות עם פלואורסצנטי. זה יכול לפעמים להיות רעיל לדגימות וחשיפה ממושכת לאור בזמן הצפייה יכולה להלבין דגימות, כלומר הן כבר לא שימושיות. מיקרוסקופים אלקטרונים יכולים גם לספק פרטים מרשימים מאוד, אך יש להציב דגימות בחלל ריק, כך שלא ניתן לחקור דגימות חיות.
היתרונות של מיקרוסקופיה אמצע אינפרא אדום
לשם השוואה, מיקרוסקופיה אינפרא אדום בינונית יכולה לספק מידע כימי וגם מידע מבני על תאים חיים, ללא צורך לצבוע אותם או לפגוע בהם. עם זאת, השימוש בו הוגבל במחקר ביולוגי בגלל יכולת הרזולוציה הנמוכה יחסית שלו. בעוד שמיקרוסקופיה פלורסנטית ברזולוציה על יכולה לצמצם את התמונות לעשרות ננומטרים (ננומטר אחד הוא מיליונית המילימטר), מיקרוסקופיה אינפרא אדום בינונית יכולה בדרך כלל להגיע ל-3 מיקרון בלבד (מיקרון אחד הוא אלפית המילימטר).
עם זאת, בפריצת דרך חדשה, חוקרים מאוניברסיטת טוקיו השיגו רזולוציה גבוהה יותר של מיקרוסקופיה אמצע אינפרא אדום מאי פעם. "השגנו רזולוציה מרחבית של 120 ננומטר, כלומר 0.12 מיקרון. הרזולוציה המדהימה הזו טובה פי 30 בערך מזו של מיקרוסקופיה בינונית-אדום קונבנציונלית", הסביר פרופסור טאקורו אידגוצ'י מהמכון למדע וטכנולוגיה של פוטון באוניברסיטת טוקיו.
הצוות השתמש ב"צמצם סינטטי", טכניקה המשלבת מספר תמונות שצולמו מזוויות מוארות שונות כדי ליצור תמונה כוללת ברורה יותר. בדרך כלל, דגימה מונחת בין שתי עדשות. העדשות, לעומת זאת, סופגות בטעות חלק מהאור האינפרא אדום האמצעי. הם פתרו את הבעיה על ידי הצבת דגימה, חיידקים (אי – קולי ו Rhodococcus jostii נעשה שימוש ב-RHA1), על צלחת סיליקון שהחזירה אור נראה והעבירה אור אינפרא אדום. זה איפשר לחוקרים להשתמש בעדשה בודדת, מה שאיפשר להם להאיר טוב יותר את הדגימה באור הבינוני-אינפרא אדום ולקבל תמונה מפורטת יותר.
"הופתענו עד כמה בבירור יכולנו לראות את המבנים התוך-תאיים של חיידקים. הרזולוציה המרחבית הגבוהה של המיקרוסקופ שלנו יכולה לאפשר לנו לחקור, למשל, עמידות לאנטי-מיקרוביאלית, שהיא בעיה כלל עולמית", אמר אידגוצ'י. "אנו מאמינים שנוכל להמשיך ולשפר את הטכניקה בכיוונים שונים. אם נשתמש בעדשה טובה יותר ובאורך גל קצר יותר של אור נראה, הרזולוציה המרחבית יכולה להיות אפילו מתחת ל-100 ננומטר. בבהירות מעולה, נרצה לחקור דגימות תאים שונות כדי להתמודד עם בעיות ביו-רפואיות בסיסיות ויישומיות."
