Descripción del proyecto
Una resolución sin precedentes de un nanómetro revoluciona la nanoscopia óptica
Desde que se inventó el primer microscopio óptico a finales del siglo XVI, las tecnologías que aprovechan la interacción entre la luz y la materia han permitido observar con cada vez mayor detalle la estructura y la función de los materiales, tanto vivos como inertes. La nanoscopia óptica, galardonada con el Premio Nobel de Química en 2014 por superar el presunto límite óptico científico de resolución, es hoy en día un conjunto de técnicas que permiten observar objetos a escala nanométrica en su entorno natural. El proyecto OptnanoATcryo, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, proporcionará el siguiente paso en su evolución con un aumento significativo de la densidad de marcaje y del número de fotones recogidos a partir de emisores fluorescentes únicos. Mediante el control de la fluorescencia a temperaturas criogénicas y novedosos programas de reconstrucción con superresolución, esta técnica proporcionará la inaudita resolución tridimensional de un nanómetro.
Objetivo
Optical nanoscopy is a powerful technique used in biology to study subcellular structures and function via specifically targeted fluorescent labels. Localization microscopy in particular offers a much better resolution (~10-50 nm) than conventional microscopy (~250 nm) while being relatively undemanding on the experimental setup and the subsequent image analysis. The next revolution in imaging to 1 nm isotropic resolution in 3D must realize a big increase in the number of collected photons from single fluorescent emitters as well as in the labelling density. Only then can subcellular structures be imaged at the molecular level to study the molecular machinery of the cell. Notably observations of DNA conformation in 3D at such resolutions would be spectacular and enable investigation of biophysical models ranging from chromosomal DNA packaging to gene regulation.
I propose a new imaging technique based on fluorescence control at cryogenic temperatures in combination with novel data driven super-resolution reconstruction schemes employing prior knowledge that promises this unprecedented optical far-field resolution. I introduce a twofold technical leap by i) much higher photon counts due to negligible photobleaching at cryogenic temperatures while maintaining the sparsity required for single emitter localization and ii) relaxing the required labelling density using a priori information and the averaging of many identical entities. Orientational blinking ensures single emitter localization via a combination of polarization sensitive excitation, detection and stimulated depletion and triplet state shelving.
Biophysical models of cell structures and data driven priors mean that fewer samples are needed to fully describe a structure.
In a larger perspective, the outcome of this research will enable the combination of structural cryo-electron microscopy imaging at subnanometer resolutions with functional fluorescent imaging at the nanometer scale.
Ámbito científico
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-COG - Consolidator GrantInstitución de acogida
2628 CN Delft
Países Bajos