Японские ученые представили новый микроскоп среднего инфракрасного спектра. Он позволяет рассматривать структуры внутри живых бактерий с разрешением в 120 нанометров — в 30 больше, чем у других аналогичных микроскопов. В будущем просмотр бактерий в таком масштабе позволит изучить проблему антибиотикорезистентности и инфекционных заболеваний. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.
Современные микроскопы позволяют увидеть жизнь клеток, бактерий и вирусов, однако и у них есть ограничения. Например, для флуоресцентных микроскопов с высоким разрешением образцы нужно помечать флуоресценцией. Для некоторых бактерий она токсична, а длительное воздействие света может обесцветить образцы и привести их в негодность. Существуют и электронные микроскопы, но для них образцы должны быть помещены в вакуум, что невозможно для живых бактерий.
Микроскопы, работающие в среднем инфракрасном диапазоне, не требуют особых условий к образцам, однако сегодня у них слишком низкое разрешение. К примеру, флуоресцентный микроскоп может уменьшить изображение до десятков нанометров (1 нанометр равен миллионной доле миллиметра), а средне-инфракрасный — всего до 3 микрон (1 микрон равен тысячной доле миллиметра).
Японские ученые решили повысить разрешение средне-инфракрасного микроскопа. Для этого они использовали «синтезированную апертуру» — метод, объединяющий несколько снимков, сделанных под разными углами освещения. Как правило, образец помещается между двумя линзами. Они поглощают часть света в среднем инфракрасном диапазоне. Исследователи решили эту проблему и поместили образцы на кремниевую пластину, которая отражала видимый свет и поглощала инфракрасный.
Ученые испытали новый микроскоп на образцах бактерий E. coli и Rhodococcus jostii RHA1. Команда четко увидела внутриклеточные структуры бактерий с разрешением до 0,12 микрона, то есть 120 нанометров — в 30 раз больше, чем у обычного микроскопа среднего инфракрасного спектра. В будущем прибор может использоваться в медицинских исследованиях, в том числе в изучении инфекционных заболеваний и устойчивости к антибиотикам.
«Мы считаем, что можем продолжать совершенствовать технологию в различных направлениях. Если мы используем объектив лучшего качества и более короткую длину волны видимого света, пространственное разрешение может быть даже ниже 100 нанометров. Мы хотели бы с максимальной ясностью изучать разные образцы клеток для решения фундаментальных и прикладных биомедицинских задач», — рассказал Такуро Идегучи, соавтор исследования из Токийского университета.