นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตเกียวได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์ที่สามารถจับสัญญาณได้ในช่วงความเข้มที่กว้างกว่าระบบทั่วไปถึง 14 เท่า
อุปกรณ์นี้สามารถบันทึกแสงที่กระเจิงทั้งแบบไปข้างหน้าและย้อนกลับได้โดยไม่ต้องใช้สีย้อม กล้องจุลทรรศน์ทำงานอย่างนุ่มนวลกับเซลล์สิ่งมีชีวิตและรองรับการสังเกตการณ์ในระยะยาว ทีมงานมองเห็นศักยภาพที่แข็งแกร่งสำหรับการทดสอบด้านเภสัชกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพ
เชื่อมช่องว่างระดับไมโครและนาโน
กล้องจุลทรรศน์มีความก้าวหน้าอย่างมากตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา แต่เครื่องมือสมัยใหม่ยังคงต้องแลกมาด้วยข้อจำกัดบางประการ กล้องจุลทรรศน์เฟสเชิงปริมาณใช้แสงที่กระเจิงไปข้างหน้าเพื่อตรวจจับวัตถุที่มีขนาดมากกว่า 100 นาโนเมตร นักวิจัยอาศัยสิ่งนี้สำหรับโครงสร้างเซลล์โดยละเอียด แต่มีปัญหาในการประยุกต์ใช้กับเป้าหมายที่เล็กกว่า
กล้องจุลทรรศน์แบบกระเจิงอินเตอร์เฟอโรเมตริกอ่านแสงที่กระเจิงกลับเพื่อติดตามโปรตีนเดี่ยวๆ แต่ไม่สามารถให้ภาพกว้างทั่วทั้งเซลล์ได้ “ผมต้องการทำความเข้าใจกระบวนการพลวัตภายในเซลล์สิ่งมีชีวิตโดยใช้วิธีการที่ไม่รุกราน” โคคิ โฮริเอะ กล่าว เป้าหมายดังกล่าวกระตุ้นให้ทีมวิจัยบูรณาการทั้งสองวิธีเข้าด้วยกันเป็นระบบเดียว
โฮริเอะและเพื่อนร่วมงาน ได้แก่ เคอิจิโร โทดะ, ทาคุมะ นากามูระ และทาคุโระ อิเดกุจิ ต้องการขจัดข้อจำกัดด้านขนาดและบันทึกการเคลื่อนไหวในระดับไมโครและนาโนในเฟรมเดียวกัน พวกเขาสร้างกล้องจุลทรรศน์ที่สามารถวัดทิศทางแสงทั้งสองได้พร้อมกัน พวกเขาทดสอบโดยการสังเกตการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้
ทีมวิจัยบันทึกภาพเดียวที่เข้ารหัสข้อมูลจากทั้งสองช่องสัญญาณ การตั้งค่านี้ช่วยให้พวกเขาสามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงในระดับสเกลต่างๆ ในขณะที่ยังคงรักษาสุขภาพของเซลล์ไว้ได้
“ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดของเรา” โทดะอธิบาย “คือการแยกสัญญาณสองประเภทออกจากภาพเดียวอย่างชัดเจน โดยยังคงรักษาสัญญาณรบกวนให้อยู่ในระดับต่ำและหลีกเลี่ยงการผสมสัญญาณระหว่างสัญญาณเหล่านั้น” นักวิจัยได้ปรับปรุงระบบออปติกและวิธีการวิเคราะห์ของพวกเขา จนกระทั่งสัญญาณทั้งสองยังคงแยกจากกัน
การจับภาพเคลื่อนไหวข้ามสเกล
อุปกรณ์นี้สามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวของโครงสร้างเซลล์ขนาดใหญ่และอนุภาคขนาดเล็กได้ในเวลาเดียวกัน นอกจากนี้ยังช่วยให้ทีมประเมินขนาดอนุภาคและดัชนีหักเหแสงโดยการเปรียบเทียบการกระเจิงไปข้างหน้าและย้อนกลับ
ดัชนีหักเหแสงอธิบายถึงการหักเหของแสงเมื่อผ่านอนุภาค การวัดดังกล่าวให้เบาะแสเกี่ยวกับองค์ประกอบหรือสภาพของอนุภาค ทีมวิจัยมองเห็นข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในแนวทางแบบบูรณาการนี้ ช่วยลดความจำเป็นในการใช้เครื่องมือถ่ายภาพหลายตัว อีกทั้งยังช่วยลดขั้นตอนการวิเคราะห์ ซึ่งมักทำให้การวิจัยล่าช้า
การไม่มีฉลากทำให้วิธีการนี้เข้ากันได้กับการศึกษาระยะยาวที่สีย้อมอาจรบกวนพฤติกรรมของเซลล์ โทดะมองเห็นโอกาสมากมายข้างหน้า “เราวางแผนที่จะศึกษาอนุภาคขนาดเล็กลงอีก” เขากล่าว เป้าหมายของเขารวมถึงเอ็กโซโซมและไวรัสในตัวอย่างต่างๆ
เขาและเพื่อนร่วมงานยังหวังที่จะสร้างแผนที่ว่าเซลล์เคลื่อนที่ไปสู่ความตายได้อย่างไร พวกเขาวางแผนที่จะควบคุมสภาพของเซลล์และตรวจสอบผลการค้นพบด้วยเทคนิคอื่นๆ
นักวิจัยเชื่อว่าวิธีการนี้สามารถสนับสนุนการพัฒนายาและการตรวจสอบคุณภาพเซลล์ การถ่ายภาพระยะยาวที่ปราศจากฉลากสามารถติดตามการตอบสนองของเซลล์ต่อการรักษาได้นอกจากนี้ยังสามารถช่วยตรวจจับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเล็กน้อยที่เครื่องมืออื่นๆ มองข้าม
ทีมวิจัยยังคงพัฒนาระบบนี้ต่อไป และคาดว่าจะมีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางมากขึ้น เนื่องจากห้องปฏิบัติการกำลังมองหาวิธีเชื่อมโยงการสังเกตการณ์ในระดับไมโครและนาโนโดยไม่ทำลายตัวอย่าง
การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications
แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ
Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit : https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/@naichangmashare
TikTok : https://www.tiktok.com/@naichangmashare
