Modern mikroszkópiai módszerek 2 2011 2012



Hasonló dokumentumok
2008 Small World contest -18th Prize - Dr. Tamily Weissman (Harvard University - Cambridge, Massachusetts, United States) Specimen: Brainbow

Biofizika 2 Fizika-Biofizika

Száloptika, endoszkópok

Áttekintés 5/11/2015 MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 1 FÉNYMIKROSZKÓPIA FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA. Mikroszkópia, fénymikroszkópia

FONTOS! a március 14-i előadás március 19-én (szombat) 9 h-kor lesz

Atomszerkezet. Fehérjék szerkezetvizsgáló módszerei. Molekulaszerkezet. Molekula energiája. Lumineszcenciás technikák. E e > E v > E r. + E v.

Az elektromágneses spektrum

Abszorpciós fotometria

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

Lumineszcencia Fényforrások

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

Abszorbciós spektroszkópia

A fény terjedése és kölcsönhatásai

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

5/11/2015 MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK 2 FLUORESZCENCIÁN ALAPULÓ MODERN MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK. Fluoreszcencia mikroszkópia

ADATÉRTÉKEL ELJÁRÁSOK SEJTFELSZÍNI FEHÉRJEMINTÁZATOK ANALÍZISÉRE SZENTESI GERGELY

Lumineszcencia alapjelenségek

Az optikai jelátvitel alapjai. A fény két természete, terjedése

Fény- és fluoreszcens mikroszkópia. A mikroszkóp felépítése Brightfield mikroszkópia

Konfokális mikroszkópia elméleti bevezetõ

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

A fluoreszcencia orvosibiológiai. alkalmazásai. Fluoreszcencia forrása I. Fluoreszcencia alkalmazások. Kellermayer Miklós


Modern mikroszkópiai módszerek

Feloldóképesség Mikroszkópos módszerek. DIC mikroszkópia. Fáziskontraszt mikroszkópia. Barkó Szilvia A MIKROSZKÓPIA RÖVID TÖRTÉNETE

Lumineszcencia. Dr. Vámosi György

BIOFIZIKA. Metodika- 2. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

d z. nsin

Bevezetés a fluoreszcenciába

EÖTVÖS LABOR EÖTVÖS JÓZSEF GIMNÁZIUM TATA FELADATLAPOK FIZIKA. 11. évfolyam. Gálik András. A Tatai Eötvös József Gimnázium Öveges Programja

Orvosbiológiai fénymikroszkópia és számítógépes képanalízis

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs. A mikroszkópok legfontosabb típusai

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria.

Laterális feloldás és képminőség javítása vonalpásztázó tomográfiás optikai mikroszkópban

Az ellenanyagok orvosbiológiai. PhD kurzus 2011/2012 II. félév

Fluoreszcencia 2. (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Geometriai optika. A fénytan (optika) a fényjelenségekkel és a fény terjedési törvényeivel foglalkozik.

Sejttenyésztési alapismeretek

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

Környezetvédelmi mérések fotoakusztikus FTIR műszerrel

Az optikai szálak. FV szálak felépítése, gyakorlati jelenségek

Mozgékony molekulák vizsgálata modern mikroszkópiával

Lumineszcencia: a fényt kibocsátó rendszer nem a magas hőmérséklet miatt világít!!! Ez az ún. hideg emisszió

- elektromos szempontból az anyagokat három csoportra oszthatjuk: vezetık félvezetık szigetelı anyagok

2 Mekkora az egyes sejtekre vonatkozó nyugalmi potenciál értéke? 30 és 100 mikrovolt közötti értékek nagyságrendjébe esik

MŰSZAKI ISMERETEK. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Polarizáció fogalma. A polarizált fény. A fluoreszcencia alapvető paraméterei. Elektromágneses hullámok. Polarizált fény, polarizáció

CCD detektorok Spektrofotométerek Optikai méréstechnika. Németh Zoltán

2. AKTIN-KÖTŐ FEHÉRJÉK

Abszorpciós fotometria

BIOFIZIKA. Metodika- 1. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Fotogerjesztett biofizikai rendszerek. Barócsi Attila

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Vákuumtechnológia, kriogenikus és szupravezető kitekintéssel. Cseh Gábor ELTE

Szakképesítés-ráépülés: Műszeres analitikus Szóbeli vizsgatevékenység A vizsgafeladat megnevezése: Analitikai elemző módszerek

Biofizika tesztkérdések

A nanotechnológia mikroszkópjai. Havancsák Károly, január

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

3. gyakorlat. Félvezető eszközök jellemzőinek vizsgálata a hőmérséklet függvényében

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

3 He ionokat pedig elektron-sokszorozóval számlálja. A héliummérést ismert mennyiségű

BIOFIZIKA. Metodika- 4. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

A projekt eredetileg kért időtartama: 2002 február december 31. Az időtartam meghosszabbításra került december 31-ig.

PET Pozitronemissziós tomográfia

a fizikai (hullám) optika


Képalkotás a pásztázó elektronmikroszkóppal

GABONÁK NYERSANYAG MINŐSÍTÉSE:

Lumineszcencia spektroszkópia

Elektronsugaras mikroanalízis restaurátoroknak. I. rész: pásztázó elektronmikroszkópia

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

X. Fénypolarizáció. X.1. A polarizáció jelenségének magyarázata

4. Szervetlen anyagok atomemissziós színképének meghatározása

Modern Biofizikai Kutatási Módszerek Kereskedelmi forgalomban kapható készülékek. Áramlási citometria (flow cytometry)

Tanulói munkafüzet. FIZIKA 11. évfolyam emelt szintű tananyag egyetemi docens

Az infravörös spektroszkópia analitikai alkalmazása

Részecske- és magfizikai detektorok. Atommag és részecskefizika 9. előadás május 3.

Fluoreszcencia spektroszkópia

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Széchenyi István Egyetem. Alkalmazott Mechanika Tanszék

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM Kémia Doktori Iskola. Új típusú rétegek optikai ammónia érzékelőkhöz. PhD értekezés Markovics Ákos

Lineáris algebrai módszerek a kombinatorikában

Mössbauer Spektroszkópia

UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

Elektronmikroszkópia. Nagy Péter Debreceni Egyetem, Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet 1/47

Új irányok a biomolekuláris felismerés detektálásában

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

(2) A R. 3. (2) bekezdése helyébe a következő rendelkezés lép: (2) A képviselő-testület az önkormányzat összes kiadását

KEZDŐLAP ARCHÍVUM IMPRESSZUM KERESÉS

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER Bugyi Beáta PTE ÁOK, Biofizikai Intézet. 9. A sejtmozgás mechanizmusai

RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II:

Fény- és fluoreszcens mikroszkópia. Optikai szeletelés

Átírás:

FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA A mintának a megvilágító fény által kiváltott fluoreszcencia emisszióját képezzük le. 1 Bugyi Beáta - PTE ÁOK Biofizikai Intézet 2 FLUOROFÓROK BELSŐ (INTRINSIC) FLUORESZCENCIA klorofil KÜLSŐ (EXTRINSIC) FLUORESZCENCIA fluoreszcens molekulák A FELBONTÓKÉPESSÉG NÖVELÉSE SZUPERREZOLÚCIÓS MÓDSZEREK a fluoreszcencia mikroszkópiában KIS MOLEKULA kémiai d = 1, 20 atom FEHÉRJE: zöld fluoreszcens fehérje (GFP) kémiai d = 2-10, 100-100000 atom antitest* másodlagos antitest* KVANTUM GYÖNGY kémiai d = 2-10, 100-100000 atom elsődleges antitest biomolekula biomolekula antigén antigén IMMUNOFLUORESZCENCIA - DIREKT, INDIREKT kémiai d = 2-10, 100-100000 atom 3 4 FELBONTÓKÉPESSÉG ABBE ELV DIFFRAKCIÓS LIMIT Ernst Abbe (1840-1905) XY irányban a minta síkjában Z irányban optikai tengely mentén A FELBONTÓKÉPESSÉG NÖVELÉSE #1: Z irányú emisszió d x, y = λ 0.61 nsinα 2λ d z = ( nsinα) d: az a legkisebb távolság, amelyre lévő két pont (tárgypont) képe még megkülönböztethető egymástól a képen: DIFFRAKCIÓS LIMIT λ: a megvilágítás hullámhossza ω : objektív fél nyílásszöge (apertura szög) n: a minta és az objektív közötti közeg törésmutatójától hagyományos fénymikroszkópia XY Z 230 1000 2 5 gerjesztés μm HÁTTÉRFLUORESZCENCIA!!! jel/zaj arány Z IRÁNYÚ FELBONTÁS JAVÍTÁSA háttérfluoreszcencia kiküszöbölése KONFOKÁLIS TECHNIKA EVANESZCENS MEZŐ ALKALMAZÁSA 6 1

Marvin Minsky 1961 Marvin Minsky 1961 detektor SZÉLESLÁTÓTERŰ MIKROSZKÓPIA egy sík van fókuszban detektor APERTÚRA egy sík van fókuszban mégisazösszessíkhozzájárula képhez APERTÚRA: térbeli szűrés objektív fókuszpontból fókuszponton kívüli fókuszponton kívüli APERTÚRA objektív egy sík járul hozzá a képhez az apertúra kiszűri a többit KONJUGÁLT SÍK KONJUGÁLT FOKALITÁS minta fókuszsík 7 minta fókuszsík apertúra mérete: 1 Airy egység Airy egység:airy korong átmérője 8 HAGYOMÁNYOS FLUORESZCENCIA KONFOKÁLIS XY Z hagyományos 230 1000 konfokális 180 500 9 10 3D 4D: 3D + idő minta felszeletelése optikai szeletek tárgy sok 2D kép összefűzése 3D kép pollen autofluoreszcencia 11 tengeri csillag petesejt meiozis kromoszómák aktin mikrotubulusok 12 2

optikailag sűrűbb közeg: 1 optikailag ritkább: 2 beesési szög( α) < törési szög( β ) Beesési α sinα n2 = sin β n1 n < n α : = α β = 2 o kritikus 90 TELJES BELSŐ VISSZAVERŐDÉS 1 α3 visszaverődés α2 α kritikus α1 törés β1 β2 90 ο β3 TELJES BELSŐ VISSZAVERŐDÉS 13 n 2 n 1 n 2 n 1 EVANESZCENS MEZŐ z α kritikus EVANESZCENS (TOVATŰNŐ) MEZŐ 90 ο d I0 I( z) = I0 e exponenciális lecsengés I(z) z I( z) = I0 exp( ) d d: behatolási mélység - független a beeső nyaláb polarizációjától - függ - a beeső nyaláb hullámhosszától (λ) - a közegek törésmutatójától (n 1, n 2 ) - beesési szögtől (α) távolság z, intenzitás %-ban 0 100 1 99 10 92 100 43 1000 0 14 HAGYOMÁNYOS FLUORESZCENCIA TIRFM XY Z hagyományos 230 1000 TIRFM 230 100 B16/F1 melanoma sejtek (EGÉR) Multi-color TIRF Green: EGFP-Miozin. Excitation 488, Red: mrfp-aktin. Excitation 514 15 16 AKTIN μm 17 aktin formin 18 3

A FELBONTÓKÉPESSÉG NÖVELÉSE #2: XY irányú ABBE ELV DIFFRAKCIÓS LIMIT EMISSZIÓ STIMULÁLT GYENGÍTÉSE STED FLUORESZCENCIA EMISSZIÓ STIMULÁLT GYENGÍTÉSE XY irányban a minta síkjában d x, y = λ 0.61 nsinα gerjesztés gerjesztett állapot - fluoreszcencia XY IRÁNYÚ FELBONTÁS JAVÍTÁSA FIZIKAI MÓDON STED MATEMATIKAI MÓDON dekonvolúció 19 nem lineáris le-gerjesztés alapállapot - nonfluoreszcens maradék fluoreszcencia 20 EMISSZIÓ STIMULÁLT GYENGÍTÉSE STED EMISSZIÓ STIMULÁLT GYENGÍTÉSE STED fázislemez gerjesztés gyengítés HAGYOMÁNYOS FLUORESZCENCIA STED gyengítő lézer STED lézer red shift dikroikus tükrök gerjesztő lézer objektív minta 21 AKTIN FILAMENTUMOK 22 EMISSZIÓ STIMULÁLT GYENGÍTÉSE STED SPECIÁLIS FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK FRET Förster rezonancia energia transzfer XY Z hagyományos 230 1000 STED 16-20 50 FRAP Fluoreszcencia visszatérése kioltás után FLIM FADIM Fluoreszcencia élettartam / anizotrópia lecsengés mikroszkópia 23 24 4

SPECIÁLIS FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK TÁRGY-PONT HAGYOMÁNYOS fluoreszcencia mikroszkópia PIXEL = FLUORESCENE INTENSITY intenzitás térkép FRET PIXEL = TRANSZFER HATÁSFOK hatásfok térkép FRET FÖRSTER REZONANCIA ENERGIA TRANSZFER Theodor Förster 1967 1 1 Fernandez és Berlin 1976 energia transzfer E = 6 6 r ( távolság) hatásfoka 1+ R 0 AKCEPTOR DONOR AKCEPTOR DONOR KÉP-PONT: PIXEL FLIM PIXEL = FLUORESZCENCIA ÉLETTARTAM élettartam térkép FADIM PIXEL = FLUORESZCENCIA ANIZOTRÓPIA anizotrópia térkép 25 távol NINCS FRET donor intenzitás = közel (1-10 ) VAN FRET donor intenzitás 26 FRET FÖRSTER REZONANCIA ENERGIA TRANSZFER BIOMOLEKULÁK - KÖZÖTTI KÖLCSÖNHATÁSOK - ELOSZLÁSA LIPID RAFTOK LÉTEZÉSE Rajat Varma & Satyajit Mayor Nature 1998 CHO: kínai hörcsög petesejt membrán: PLF GPI (glikosilfoszfatidilinositol) kötő fehérjék FRET FRAP FLUORESZCENCIA VISSZATÉRÉS KIOLTÁS UTÁN W. Bähr 1974 előtte INTENZÍV LÉZERIMPULZUS fluoreszcencia kioltás DIFFÚZIÓ kioltás utána visszatérés mobilis fluoreszcens molekulák nem-fluoreszcens molekulák fluoreszcens molekulák nem-fluoreszcens molekulák 50% immobilis 27 idő (t) 28 FRAP FLUORESZCENCIA VISSZATÉRÉS KIOLTÁS UTÁN FRAP FLUORESZCENCIA VISSZATÉRÉS KIOLTÁS UTÁN fluoreszcencia kioltás fluoreszcencia visszatérése LAMELLIPODIUM DINAMIKÁJA Lai és mtsai EMBO Journal 2008 Fluoreszcencia intenzitás kioltás visszatérés 50% mobilis immobilis kioltás visszatérés 50% mobilis immobilis B16-F1 sejt EGFP-aktin idő (t) 29 idő 30 5

FRAP FLUORESZCENCIA VISSZATÉRÉS KIOLTÁS UTÁN FOTOAKTIVÁLHATÓ FLUORESZCENS FEHÉRJÉK BIOMOLEKULÁK MOZGÁSA kinetikai analízis fluoreszcencia intenzitás visszatérésének sebessége mennyisége fluoreszcencia intenzitás kioltás visszatérés 50% mobilis immobilis idő (t) idő (t) 31 B16-F1 sejt mrfp-aktin fotoaktiválható GFP-aktin 32 TOVÁBBI KÉPALKOTÁSI ELJÁRÁSOK TOVÁBBI KÉPALKOTÁSI ELJÁRÁSOK A MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK CSOPORTOSÍTÁSA OPTIKAI (FÉNY) ELEKTRON PÁSZTÁZÓSZONDÁS A MIKROSZKÓPIAI MÓDSZEREK CSOPORTOSÍTÁSA OPTIKAI (FÉNY) ELEKTRON PÁSZTÁZÓSZONDÁS megvilágítás: látható fény lencsék: üveg jel: fény Abbe elv: IGEN megvilágítás : elektron nyaláb lencsék: elektromágnes jel: elektron Abbe elv: IGEN megvilágítás : mikroszkópikus próba jel: a minta és a próba közötti kölcsönhatás Abbe elv: NEM Fáziskontraszt mikroszkópia Sztereomikroszkópia Fluoreszcencia mikroszkópia Transzmissziós elektroikroszkópia (TEM) Pásztázó elektroikroszkópia (SEM) 33 34 Ernst Russka (1931) OPTIKAI - FÉNY EM képalkotás fénynyaláb elektronnyaláb hullámhossztartomány 400 600 0.004 0.006 200 0.2 nagyítás 2000 x 2.000.000 x (50.000.000 x) TRASZMISSZIÓS ELEKTRON MIKROSZKÓPIA (TEM) PÁSZTÁZÓ ELEKTRON MIKROSZKÓPIA (SEM) 35 36 6

TRASZMISSZIÓS ELEKTRON MIKROSZKÓPIA (TEM) áteresztett e - PÁSZTÁZÓ ELEKTRON MIKROSZKÓPIA (SEM) visszafelé szórt e - rendszámbeli különbségek, nehézatomok másodlagos e - felület topográfiája Auger e - karakterisztikus rtg sugárzás spektruma felület kémiai összetétele TRASZMISSZIÓS ELEKTRON MIKROSZKÓPIA (TEM) szívizom PÁSZTÁZÓ ELEKTRON MIKROSZKÓPIA (SEM) trachea epithelium 37 38 KIEGÉSZÍTÉS FLUORESZCENCIA MIKROSZKÓPIA 39 MIKROSZKÓP LEGFONTOSABB KOMPONENSEI FÉNYFORRÁS GERJESZTÉS LÁMPA hullámhossztartomány LÉZER, LED adott hullámhossz KÉP SZEM TÁRGY MINTA FÉNYFORRÁS GERJESZTÉS xenon ív lámpa OKULÁR KÉP DETEKTOR higanygőz lámpa OBJEKTÍV SZŰRŐK TÜKRÖK 41 42 7

SZŰRŐK A MEGFELELŐ HULLÁMHOSSZ KIVÁLASZTÁSA DIKROIKUS TÜKÖR NYALÁBOSZTÓ ALULÁTENGEDŐ SÁV FELÜLÁTENGEDŐ TRANSZMITTANCIA (%) VISSZAVER ÁTENGED HULLÁMHOSSZ () 43 44 OBJEKTÍV GERJESZTÉS szűrő kocka emissziós szűrő EMISSZIÓ nagyítás típus immerzió immerzió típusa típusa NA fedőlemez típusa nagyítás színkód dikroikus tükör gerjesztési szűrő fedőlemez tárgylemez munka távolság 45 46 8