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利用X射線製作高解析度的細胞3D化學圖像

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科技產業資訊室 - 謝威翔 發表於 2018年11月29日

圖、利用X射線製作高解析度的細胞3D化學圖像

美國能源局Brookhaven國家實驗室的國家同步加速器光源II(National Synchrotron Light Source II, NSLS-II)辦公室的科學家,使用超亮X射線(ultrabright x-rays)來對單一細菌做成項,具有比以往都還高的空間解析度。此項研究成果發表在Scientific Reports上,展現了用X螢光顯微鏡(x-ray fluorescence microscopy, XRF)的成像技術來生成微小生物樣本3D影像的有效方式。
 
本研究是第一次使用奈米級XRF讓細菌成像達到細胞膜的解析度率,這種能在細胞膜大小水準上成像的技術,對於了解細胞在各種疾病中的作用以及開發先進的醫學治療方法非常重要。這個打破紀錄的解析度來自於Hard X-ray Nanoprobe(HXN)的先進功能,NSLS-II的實驗機台具有嶄新的奈米聚焦光學系統和出色的穩定性。雖然其他成像技術(例如電子顯微鏡)可以以非常高的解析度對細胞膜的結構成像,但是這些技術不能提供關於細胞的化學信息。而HXN技術可以生成樣品的3D化學圖譜,確定整個細胞中元素的位置。
 
在HXN中,研究團隊將樣本旋轉到不同角度拍攝許多影像,每張影像都顯示樣品在該方向的化學特徵。然後這些資料合併在一起以創建一個3D影像。例如鈣和鋅這兩種微量元素在細菌的細胞中具有獨特的空間分佈。細菌沒有很多胞器,可以做為模型系統來展示成像技術。研究團隊正在嘗試了解含金屬蛋白質在阿茲海默疾病過程中的亞細胞定位和功能,以幫助開發有效的治療方法。這種3D化學成像或螢光奈米影像技術在其他科學領域也可以使用,例如我們可以推測電池的內部結構在充電和放電時是如何變化的。(568字;圖1)


參考資料:
Scientists Produce 3-D Chemical Maps of Single Bacteria. BNL,2018/11/16
X-ray Fluorescence Nanotomography of Single Bacteria with a Sub-15 nm Beam. Scientific Reports2018/9/7


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