新顯微鏡可即時捕捉納米尺度生物活動

科技日報北京11月12日電 （記者劉霞）荷蘭拉德堡德大學科學家成功研製出一款新型顯微鏡，讓科學家首次能即時捕捉到生物過程的精彩瞬間，例如觀察蛋白質複合物在行動中的“模樣”。這台顯微鏡或許能讓科學家見證新冠疫苗如何進入細胞、捕捉動脈鈣化如何悄然發生，為推動生物與醫學研究帶來新工具。相關論文發表於最新一期《先進功能材料》雜誌。

此前使用顯微鏡時，科學家常面臨“魚或熊掌”的抉擇：要麼在分子水平觀察冷凍且靜止樣品的細節；要麼觀察活生生移動的樣品，但細節要粗糙很多。

團隊解釋説，電子顯微鏡雖然能觀察精細的蛋白質複合物，但其電子束會損壞生物材料及其周圍流體，因此無法長時間觀察材料內發生的過程。為解決這個問題，他們嘗試在材料周圍包裹一層石墨烯保護層，以儘量減少電子束的“殺傷力”。但一旦用上保護膜，生物過程就會立即開始。他們必須爭分奪秒趕到顯微鏡前，在生物組織中精準定位，並調試好顯微鏡。這個過程至少需要半個小時，而在此期間，生物過程或許已經結束。

面對這些挑戰，團隊巧妙設計了一套應對方案：他們先在樣品組織周圍塗上一層石墨烯，並立即將其冷凍，讓生物過程暫停；然後，他們使用一台光學顯微鏡來鎖定想要觀察的特定區域；接着再將樣品置於新開發的電子顯微鏡內。設置妥當後，他們加熱材料，重新激活生物過程，新型顯微鏡則能在納米尺度直接可視化生物過程。

此次團隊藉助新型顯微鏡，揭示了在可能導致動脈和主動脈瓣鈣化的生物過程中，鈣是如何沉積的。

團隊解釋説，除完全瓣膜置換術外，主動脈瓣鈣化目前尚無其他療法，因為科學家對此類鈣化知之甚少。他們計劃開發出一種“芯片上的心臟瓣膜”，並利用新型顯微鏡深入探究其中的奧秘。

【總編輯圈點】

生物過程複雜而多樣，它有完整的“起承轉合”，但受限於觀察工具，人類無法對更微小尺度的生物動態過程進行觀察，無緣得見納米級生物活動的奧妙。突破的方法，就是研發新儀器，開發新觀察方法。此次，科研人員創新性地冰凍了包裹待觀察組織的石墨烯，待到觀察條件具備後，再將其解凍，讓生物過程重新開始。他們由此看到了此前不曾瞭解的鈣的沉積形式。實驗科學的發展離不開科學儀器，好的儀器能在解決科學問題上發揮關鍵作用。