Il mondo invisibile prima degli elettroni

I microscopi leggeri, che erano stati lo strumento principale dal 17 ° secolo, potrebbero risolvere le strutture solo fino a circa 200 nanometri. Mentre questo rivelato nuclei, grandi vacuole, e alcuni batteri, l'architettura interna intricata delle cellule è rimasto una scatola nera. Il problema è stato fondamentale: la luce visibile ha una lunghezza d'onda da 400 a 700 nanometri, e qualsiasi dettaglio più piccolo della metà dell'onda potrebbe essere

Forgiare un nuovo tipo di microscopio

Nel 1931, il fisico tedesco Ernst Ruska e il suo mentore Max Knoll costruirono il primo prototipo significativo di un microscopio elettronico alla Technische Hochschule di Berlino. Il loro dispositivo utilizzò le bobine magnetiche per concentrare un raggio di elettroni attraverso un campione sottile, producendo un'immagine grezzo ma ingrandita su uno schermo fluorescente.

La produzione commerciale è seguita rapidamente. Siemens-Schuckert ha prodotto i primi microscopi seriali di elettroni alla fine degli anni '30, e negli anni '40, le istituzioni di ricerca in Europa e Nord America stavano adottando la tecnologia. La necessità di ultra-sottile taglio micro-sottile ha spinto lo sviluppo di coltelli di diamanti e resine di embedding che potrebbero resistere al fascio di elettroni.

Evoluzione Tecnica: Da TEM a Cryo-EM

L'orecchio interno TLT (SEM) ha dominato la biologia per decenni, ma i suoi limiti hanno portato l'innovazione continua. Il microscopio elettronico di scansione (SEM) è emerso negli anni '40 con scoperte commerciali successive di Charles Oatley e dei suoi studenti all'Università di Cambridge. Invece di trasmettere gli elettroni attraverso un campione, il raster-scansò un raggio elettrone concentrato sulla superficie e raccoglie elettroni secondari, costruendo un'immagine tridimensionale riccamente dettagliata.

Il vero rinascimento della microscopia elettronica, tuttavia, è arrivato con la microscopia del criogeno-elettronico (criso-EM). Per decenni, i campioni biologici dovevano essere fissati chimicamente, disidratati, e macchiati con metalli pesanti come l'acetato di uranile e il citrato di piombo per sopravvivere al vuoto e al fascio di elettroni.

Rivoluzionando l'Atlante Organizzatrice

La microscopia dell’elettrone entra in biologia cellulare, non solo perfeziona la conoscenza esistente, ha disegnato una cartografia completamente nuova della cellula. I mitocondri, visti per la prima volta come fili granulari da microscopisti leggeri, sono stati rivelati possedere una membrana interna piegata in ribelle, i sedili di fosforilazione ossidativa.

Nel 1960 e 1970, le tecniche di fissazione migliorate utilizzando le reti glutaraldeide conservate filamenti proteici delicati che precedentemente si erano sciolti. I microtubuli, con i loro diametri cavi 25-nanometro, sono stati visti in mitotici mandrilli e cilia.

Apertura di una finestra sull'infezione virale

I virus del virus del criogeno dell'immagine sono diventati rapidamente visibili e compresi attraverso l'ottica elettronica. I preparativi macchiati negativamente, dove le particelle di virus sono stati circondati da una piscina di macchie neutre dell'elettrone, hanno rivelato le simmetrie capside e le punte di superficie dell'adenovirus, del virus del mosaico del tabacco e dei batteriofagi della coda squisita.

Ultrastruttura batterica di massa

I prokaryotes, una volta visti come semplici sacchi di enzimi sotto il microscopio leggero, sono stati rivelati dalla microscopia elettronica per essere altamente organizzato.

Approcci correlativi e volume

La biologia cellulare moderna dipende sempre più dall'integrazione di più modelli di imaging per costruire un'immagine completa. La microscopia di luce e di elettroni (CLEM) permette ai ricercatori di individuare una proteina con un microscopio con un microscopio leggero, quindi di catturare quella stessa cellula nel microscopio elettronico di elettroni dopo il rapido congelamento o la fissazione di un tessuto di fluorescenza e la risoluzione ultrastrutturale è fondamentale per catturare rare eventi transienti, come il virus di momento.

Biologia strutturale a livello atomico

La maggior parte delle cellule criogeniche, che si trovano in un contesto di tipo "atom-particella", è stata dissolta dalla tecnologia di analisi, che ha permesso di individuare le cellule di Criomazione, che hanno fatto uso di un sistema di analisi e di analisi.

Impatto sulla medicina e la terapeutica

La microscopia elettronale non è rimasta confinata alla ricerca di base; si traduce direttamente nella diagnostica clinica e nel trattamento. La patologia del rene si basa su TEM per identificare i depositi complessi immunitari nelle membrane interrate glomeroriche, differenziando tra i tipi di glomerulonefrite.

Il futuro dell'Immagine Elettronica

L'analisi di microscopia elettronica, che si basa su una velocità, l'automazione e l'integrazione con altre omiche. I rivelatori di prossima generazione che contano gli elettroni individuali con l'efficienza quantistica quasi perfetta stanno spingendo la risoluzione a 1 Āngström per alcune proteine, permettendo agli atomi di idrogeno di essere visualizzati e la chimica dei siti attivi da osservare direttamente.

In educazione e indignazione pubblica, la microscopia elettronica continua a ispirare. Le immagini SEM di colore Falso delle ali di farfalla, i grani di polline, i tardi e i gradi sono diventati icone culturali, incarnando la bellezza nascosta del mondo microscopico.