Квантовая механика позволила создать безопасный для жизни электронный микроскоп

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) разработали электронный микроскоп, который позволяет изучать живые клетки. Новую технологию исследователи описали в статье в журнале Physical Review A — Rapid Communications. Коротко она описана в пресс-релизе MIT.

В электронной микроскопии для получения изображения объекта используется поток высокоэнергетических электронов. При помощи электронных микроскопов возможно увидеть детали размером от 0,2 до 10 нанометров — их разрешение выше разрешения "традиционных" приборов от 10 до 10 тысяч раз. Однако электронную микроскопию невозможно использовать для наблюдения живых объектов in vivo — испускаемые прибором электроны очень быстро разрушают клетки и ткани. Доля облучения, получаемая, например, клеткой, находящейся в камере электронного микроскопа, сравнима с облучением, которое было бы получено ею при взрыве в 30 метрах водородной бомбы мощностью 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте.

Для изучения живых объектов их помещают в специальные камеры в глубоком вакууме. Перед исследованием образцы необходимо подготовить с использованием токсичных химикатов и заморозить. Все это неизбежно убивает живые клетки.

Авторы новой работы предложили новую схему электронной микроскопии, в которой электроны непосредственно не достигают изучаемого объекта. Элементарные частицы движутся по двум кольцам, расположенным одно над другим. Расстояние между кольцами позволяет электронам "перепрыгивать" с кольца на кольцо. В том случае, если между кольцами будет помещен некий объект, частицы не смогут этого сделать. В каждый отдельный момент времени установка из двух колец будет сканировать один "пиксель" объекта — она будет определять, есть между кольцами что-то или нет. Для получения итогового изображения все изученные "пиксели" будут собираться вместе.

Теоретически, разрешение микроскопа, использующего новую технологию, может составлять несколько нанометров. С их помощью будет возможно исследовать, например, работу ферментов в живых клетках. Авторы исследования признают, что прежде, чем внедрить изобретение в практику, необходимо преодолеть ряд технических сложностей. В частности, необходимо предотвратить взаимодействие электронов с металлическими частями самого микроскопа.

Совсем недавно другой исследовательский коллектив разработал технологию атомной силовой микроскопии, которая позволяет добиваться до си пор недостижимой детализации объектов. При помощи созданной ими установки ученые смогли различить отдельные атомы.