Teknoloji

Kimyasal Reaksiyonların Süper Çözünürlüklü Görünümü

Polonya Bilimler Akademisi Fiziksel Kimya Enstitüsü’nden araştırmacılar; süper çözünürlüklü mikroskop tekniği kullanarak, çok küçük hacimlerde gerçekleşen kimyasal reaksiyonları daha iyi gözlemi sağladılar. Varşova fizikçileri tarafından PicoQuant GmbH ile birlikte geliştirilen analiz yöntemi; sadece canlı hücrelerde değil, hücre çekirdeği gibi ayrı organellerde bile reaksiyonları gözlemleme potansiyelini ilk haline getiren yöntemdir.

Hücrenin yaşamsal işlevlerinden sorumlu kimyasal mekanizmaların hala birçok sırrı var. Araştırmacılar için bu bir sürpriz değil: Sadece şimdiye kadar; yaşayan hücrelerde oluşan kimyasal fenomenleri direk gözlemleyecek araçlara sahiptiler. Bununla birlikte, devam etmekte olan teknik sınırlamalar nedeniyle; bugüne kadar, hücrelerdeki kimyasal reaksiyonların denge-sabit değerleriyle ilgili temel bilgilere sahip değillerdi. Başka bir deyişle, hücredeki belirli bir reaksiyonda yer alan kimyasalların ne kadarının daha önceden reaksiyonda olduğunu veya ne kadarının reaksiyonda olmadığını gözlemleyemiyorlar. Şimdiye kadar yaşanan olumsuzluklar, Varşova’daki Polonya Bilimler Akademisi Fiziksel Kimyası Enstitüsü’nden (IPC PAS) birtakım araştırmacılar tarafından aşıldı. Berlin merkezli PicoQuant GmbH Şirketi ile birlikte çalışarak, en modern mikroskobik tekniklerden biri olan bir modifikasyonu geliştirdiler: Süper Çözünürlüklü Floresan Korelasyon Spektroskopisi.

Robert Holyst (IPC PAS): “Uzun süredir hücrelerdeki kimyasal reaksiyonlarla uğraşıyoruz, örneğin, 2013’te, Escherichia coli bakterisinde bulunan tüm proteinlerin difüzyon katsayılarını tespit ettik. Bu sayede meydana gelen reaksiyon oranlarının belirlenmesi mümkün hale geldi. Biyolojik reaksiyonlar genellikle tersine çevrilebilir. Yerlerini belirleyerek; reaksiyona giren ve reaksiyona girmemiş maddeler miktarı arasında genellikle belirli bir dinamik denge yaratılır. Hücrelerdeki çeşitli reaksiyonlar için denge sabitlerinin belirlenmesine yönelik girişimlerde, süper çözünürlüklü floresan korelasyon spektroskopisine baktık ve burada ilginç bir teknik problemle karşılaştık bunun çözümü, yaşam kimyası çalışmasında yeni olanaklar yarattı.”
Bireysel atomları görmek mümkün; olağanüstü çözünürlükleri olanlar da dahil olmak üzere, birçok çeşit mikroskop vardır. Bununla birlikte, hücreleri gözlemlediğinde, canlı organizmaların mekânsal yapısını görselleştirme yeteneği nedeniyle optik mikroskopi rakipsiz kalır. Temel dezavantajı nispeten zayıf çözünürlüğüdür: Temel fiziksel kısıtlamalar (örneğin, kırınım*); standart optik tekniklerle yaklaşık 200 nanometreden daha küçük detayları ayırt etmeyi imkansız hale getirmektedir.

*Kırınım (Fr. diffraction), fizikte ışık, ses ve radyoelektrik dalgaların karşılaştığı bazı engelleri dolanarak, geçmesi anlamında kullanılmaktadır.
Bu bir çeşit optik mikroskopi floresan mikroskopudur. İncelenen biyolojik numunenin alanlarına floresan bir boya katmayı ve daha sonra numuneyi odaklanmış bir lazer ışınıyla taramayı içerir. Odaktaki, boya moleküllerinin parlaması teşvik edilir.

1994’te Stefan W. Hell, STIMulated Emission Depletion (STED) ile floresan mikroskobunda kırınım sınırını aşan bir yöntem sundu. STED, çapraz kesitli çörek benzeri ek bir lazer ışını gerektirir. Düzgün şekilde kullanıldığında, bu ışın lazer ışınının ana odağının dış alanlarını söndürür ve sonuç olarak boyutunu kırınım sınırının altındaki değerlere düşürür. Süper çözünürlük yöntemleriyle artık yalnızca 10nm’lik mekansal ayrıntıları, mikrosaniye kadar bir zaman çözünürlüğü ile görmek mümkün oluyor.
Nispeten genç bir optik mikroskop dalı, moleküllerin hareketini incelemek için kullanılan Floresans Korelasyon Spektroskopisi (FCS)’dir. Süper çözünürlük çeşitlerinde, lazerin odak noktası onlarca attolitre cinsinden ölçülmüş bir hacme sahiptir. (Bir attolitre, litrenin milyarda biridir.) Ölçüm, bir lazer ışını tarafından uyarılıp, test edilen moleküle tutturulmuş, floresan bir boya tarafından yayılan ışığın ölçülmesini içerir. Odağın boyutunu ve floresan süresini bilmek ve uygun teorik modellerin yardımıyla, bireysel moleküllerin bile hızını oldukça doğru bir şekilde tespit etmek mümkündür.

Krzysztof Sozanski (IPC PAS): “Süper çözünürlüklü FCS mikroskopisi, örneğin lipid membranlarda iki boyutta hareket eden moleküller gözlemlendiğinde iyi çalışırken; gözlem hacimlerinde başarısız olduğu bilinir. 3D ölçümleri temelinde belirlenen yayılma süreleri farklılık gösterebilir yani 2D’deki ölçümlerden gelen öngörülerden daha büyüktür. Birkaç aylık araştırmadan sonra, bu tutarsızlıkların odağın mekânsal boyutunu belirlemenin, aşırı basitleştirilmiş biçiminden kaynaklandığını açıkça ortaya koyduk.”

IPC PAS’de geliştirilen analitik yöntemin önemli bir özelliği, uygulama için aparatta herhangi bir değişiklik yapılmasına ihtiyaç duyulmamasıdır. Uygun adaptasyondan sonra, yöntem; halihazırda üretimde olan FCS’ye hazır STED mikroskopları tarafından kaydedilen verileri daha doğru bir şekilde yorumlamak için kullanılabilir.

Kaynak:
nanowerk
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (1 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 2,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close