17.1. Наблюдение нанообъектов
17.1. Наблюдение нанообъектов
Возможно, наиболее важной задачей в развитии потенциала нанотехнологий вообще является создание приборов и инструментов, позволяющих визуализировать молекулярные процессы в реальном масштабе времени. Такие приборы непрерывно совершенствуются, постоянно расширяя границы изучаемых и описываемых явлений, относящихся к наномиру.
В первую очередь следует отметить флуоресцентную микроскопию, которая существенно усилила возможность визуализации поведения микро– и наночастиц в биологических образцах. Например, использование конфокальной микроскопии для усиления сигналов от флуоресцентных меток позволяет получать изображение биообъекта в самых разных масштабах (от отдельного белка до клетки в целом). Прогресс достигнут за счет того, что в конфокальной микроскопии стали использовать новые фильтры, позволяющие снижать фоновый уровень флуоресценции за счет дополнительной защиты фокальной точки линзы. В конфокальной микроскопии используются источники с большим числом флуоресцентных меток, что позволяет одновременно визуализировать большое число деталей изучаемого объекта. В частности, становится возможной, например, визуализация процессов в сложных системах нейронных клеток мозга, как показано на рис. 17.1.
Рис. 17.1. Визуализация участка 10-дневной культуры мозговых клеток мыши с использованием меток, нейронных маркеров (типа бета-III-тубулин) и так называемых маркеров de novo для ДНК-метилтрансферазы по данным работы Фенга и др.[115]
В последние годы для изучения топографии поверхности различных структур на нанометрическом уровне все шире используются атомносиловые микроскопы (ACM), снабженные гибкими кантилеверами (консолями) и наноразмерными иглами-наконечниками. В одной из недавних работ с применением ACM удалось провести успешное исследование наноразмерных пор в клеточных мембранах, обеспечивающих обмен растворенными соединениями и питательными веществами между цитоплазмой клетки и ее окружением. Например, выяснилось, что внешняя мембрана известной бактерии кишечной палочки Escherichia coli пронизана сетью ионных каналов из особых белков (получивших название поринов), способных открываться и закрываться при изменении параметра pH среды и трансмембранного напряжения. Применив АСМ для изучения конформационных изменений поринов, Мюллер и Энглер[116] еще в 1999 году сумели получить достаточно точную картину поведения пориновых каналов при изменении внешних параметров и прямые изображения изменения структуры образующих эти каналы белков-поринов, как показано на рис. 17.2.
Рис. 17.2. Микрофотографии, полученные на атомно-силовом микроскопе высокого разрешения, позволяют визуализировать конформационные изменения белков-поринов, образующих трансмембранные каналы OmhF, при изменении ионного градиента и параметра pH среды. (А) каналы OmhF в закрытом состоянии; (В) каналы OmhF в открытом состоянии
В дальнейшем, используя материалы, позволяющие усиливать оптические сигналы ближней зоны, удалось получить изображения объектов с точностью, значительно превышающей так называемый дифракционный предел разрешения[117][118], что открыло (особенно перед биологами) обширное новое направление исследований. Непрерывный прогресс в нанотехнологических методах визуализации позволил обнаружить и изучить целый ряд интересных и сложных процессов, относящихся к взаимодействию лигандов и рецепторов, транслокации ДНК в клеточных мембранах и т. д. Дальнейшее развитие таких методик позволит нам в будущем непосредственно наблюдать реакции и процессы, обеспечивающие функциональность создаваемых нами наноустройств и нанообъектов.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.