新显微镜可实时捕捉纳米尺度生物活动

科技日报北京11月12日电 （记者刘霞）荷兰拉德堡德大学科学家成功研制出一款新型显微镜，让科学家首次能实时捕捉到生物过程的精彩瞬间，例如观察蛋白质复合物在行动中的“模样”。这台显微镜或许能让科学家见证新冠疫苗如何进入细胞、捕捉动脉钙化如何悄然发生，为推动生物与医学研究带来新工具。相关论文发表于最新一期《先进功能材料》杂志。

此前使用显微镜时，科学家常面临“鱼或熊掌”的抉择：要么在分子水平观察冷冻且静止样品的细节；要么观察活生生移动的样品，但细节要粗糙很多。

团队解释说，电子显微镜虽然能观察精细的蛋白质复合物，但其电子束会损坏生物材料及其周围流体，因此无法长时间观察材料内发生的过程。为解决这个问题，他们尝试在材料周围包裹一层石墨烯保护层，以尽量减少电子束的“杀伤力”。但一旦用上保护膜，生物过程就会立即开始。他们必须争分夺秒赶到显微镜前，在生物组织中精准定位，并调试好显微镜。这个过程至少需要半个小时，而在此期间，生物过程或许已经结束。

面对这些挑战，团队巧妙设计了一套应对方案：他们先在样品组织周围涂上一层石墨烯，并立即将其冷冻，让生物过程暂停；然后，他们使用一台光学显微镜来锁定想要观察的特定区域；接着再将样品置于新开发的电子显微镜内。设置妥当后，他们加热材料，重新激活生物过程，新型显微镜则能在纳米尺度直接可视化生物过程。

此次团队借助新型显微镜，揭示了在可能导致动脉和主动脉瓣钙化的生物过程中，钙是如何沉积的。

团队解释说，除完全瓣膜置换术外，主动脉瓣钙化目前尚无其他疗法，因为科学家对此类钙化知之甚少。他们计划开发出一种“芯片上的心脏瓣膜”，并利用新型显微镜深入探究其中的奥秘。

【总编辑圈点】

生物过程复杂而多样，它有完整的“起承转合”，但受限于观察工具，人类无法对更微小尺度的生物动态过程进行观察，无缘得见纳米级生物活动的奥妙。突破的方法，就是研发新仪器，开发新观察方法。此次，科研人员创新性地冰冻了包裹待观察组织的石墨烯，待到观察条件具备后，再将其解冻，让生物过程重新开始。他们由此看到了此前不曾了解的钙的沉积形式。实验科学的发展离不开科学仪器，好的仪器能在解决科学问题上发挥关键作用。