Технология была разработана для отслеживания механизмов биологических клеток, вплоть до мельчайших кусочков ДНК, единственной «пары оснований» нуклеотидов среди 3 миллиардов этих химических единиц в генах человека. Но инструмент может быть полезен далеко за пределами биологии, биохимии и биофизики, возможно, в производстве.
JILA — это партнерство Национального института стандартов и технологий (NIST) и Университета Колорадо в Боулдере.«Эта технология может активно стабилизировать два объекта относительно друг друга с точностью значительно ниже одного нанометра при комнатной температуре», — говорит физик JILA / NIST Том Перкинс. «Такой уровень стабильности 3D может заинтересовать мир нанопроизводства, когда они будут смотреть на создание и характеристики вещей в масштабе одного нанометра».Работа основана на ведущем в мире опыте JILA в измерении положения микроскопических объектов. Последние настройки продлевают стабильность на гораздо более длительный период времени, по несколько часов за раз.
Например, с более длительным временем наблюдения исследователи могут увидеть более последовательные шаги молекулярных моторов. Эти биохимические процессы отвечают за широкий диапазон движений живых организмов, включая перемещение молекул внутри клетки или копирование ДНК в другую форму генетического материала, РНК. Новый прибор JILA также может помочь в измерении отдельных белков, когда они складываются в определенных положениях — процесс, необходимый для их правильной работы.До сих пор исследователям было трудно обнаружить несколько последовательных шагов из одной пары оснований, прежде чем инструментальный «дрейф» размыл бы сигнал.
Наблюдать такие наборы повторяющихся шагов очень редко. Инструмент должен быть стабильным с точностью до одной десятой нанометра (1 ангстрем для биологов, что эквивалентно диаметру атома водорода).Обычно микроскоп может достигать такого уровня стабильности только изредка.
Но при дополнении новой измерительной платформой JILA он может надежно обеспечивать стабильность в десятые доли нанометра в течение до 100 секунд за раз. И он может делать это снова и снова в течение продолжительных периодов времени — команда JILA эксплуатировала систему до 28 часов подряд.
Помимо высокой точности и стабильности, прибор может обнаруживать движение в широком диапазоне временных масштабов, что важно для калибровки инструментов и измерения короткоживущих состояний в сворачивании белков. Метод JILA может быть применен к методам оптического захвата, атомно-силовым микроскопам и визуализации сверхвысокого разрешения.В этом методе используются два лазера для измерения положения противоположных концов молекулы или двух разных объектов в зависимости от интенсивности рассеянного света. Рассеянный свет обнаруживается обычным фотодиодом, а сигналы оцифровываются, анализируются и используются для расчета положения образцов.
Важно отметить, что команда JILA проверила стабильность метода, используя два лазера для проведения двух отдельных независимых измерений одного образца. Без этого подтверждения исследователи не могут определить, движется ли это образец или движутся лазеры, объясняет Перкинс.
«Эта технология восхищает меня, потому что она открывает дверь для измерения мельчайших движений белка, — говорит Перкинс».