Как развивался сюжет необычного исследования

N+1Наука

Что делают протоны, когда на них никто не смотрит

Евгений Глушков, физик-экспериментатор

Оптический стол с лазерным микроскопом. Evgenii Glushkov

Физики обнаружили, что за движением отдельных протонов можно наблюдать с помощью оптического микроскопа. Правда, для этого потребовались некоторые ухищрения. Евгений Глушков, научный сотрудник лаборатории наноразмерной биологии Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), рассказывает о том, как развивался сюжет этого необычного исследования.

Оптическая лаборатория чем-то напоминает отсек затерянного в глубинах космоса космического корабля из «Звездных войн». Темнота, нарушаемая лишь светом мониторов и вспышками лазеров, и мерный гул вентиляции и охлаждающих систем. Плотные шторы изолируют этот уголок пространства от остального мира, позволяя проводить множество чувствительных экспериментов. Один из таких экспериментов я и проводил, сидя в темной лаборатории в один из осенних вечеров уже такого далекого 2018-го.

Увидеть невидимое

Случайно заглянувший в комнату наблюдатель скорее всего счел бы происходящее на экране обыкновенным аппаратным шумом — мешаниной светлых и темных пикселей, заполоняющих экран, когда кто-то пытается снимать видео в темном помещении. И он был бы прав, если бы не одно «но». Время от времени в разных частях экрана, передающего изображение с камеры на оптическом столе, вспыхивали явно различимые белые точки.

Каждая такая вспышка регистрируется специальной программой, определяющей ее координаты с точностью до нанометров и яркость с точностью вплоть до отдельных фотонов (яркость измеряют в количестве фотонов, попавших на каждый из пикселей камеры). Накопив достаточное количество вспышек, программа объединяет их в одну невероятно детализированную картинку — финальный результат работы оптического микроскопа сверхвысокого разрешения.

Метод локализационной микроскопии основан на определении местоположения точечного источника света — его локализации. Каждая мерцающая точка на каждом кадре в примере ниже детектируется алгоритмом, который определяет ее координаты с точностью до нанометров. Затем каждая из найденных точек добавляется на общий «холст», где после анализа всех записанных кадров и формируется финальное изображение с высоким разрешением.

Современные локализационные микроскопы позволяют достигнуть разрешения в 10 раз превосходящего дифракционный предел. При этом для правильной работы алгоритма необходимо, чтобы два точечных источника света не перекрывали друг друга — поэтому так важно иметь образец с мерцающими, а не постоянно светящимися флюорофорами.

Такая технология, позволившая оптической микроскопии обойти веками нерушимый дифракционный предел (он зависит от длины волны, для видимого света где-то 300 нанометров), была разработана еще в середине 2000-х. С тех пор она нашла множество применений — особенно в биологии, а ее создатели были заслуженно отмечены в 2014 году Нобелевской премией. Сейчас микроскопы сверхвысокого разрешения — стандартный инструментом в большинстве лабораторий, а сам процесс получения таких снимков перестал кого-либо удивлять и завораживать.

Для стандартной микроскопии сверхвысокого разрешения необходимы специальные молекулы-маячки — флюорофоры, которые добавляются к исследуемому образцу и распределяются по нему так, чтобы плотным ковром покрыть желаемые области. В определенных условиях эти молекулы начинают мерцать, давая нам те самые кадры для последующей обработки и создания изображения сверхвысокого разрешения. Не будь в образце под микроскопом таких молекул — мы бы и впрямь не увидели ничего, кроме шума.

Я же сидел и напряженно всматривался в мерцающий экран потому, что точно знал, что никаких флюорофоров к исследуемому образцу не добавлял. Тем не менее, характерно мерцающие точки упрямо продолжали появляться на экране.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Узкий таз защитил от артрита колена и опущения органов Узкий таз защитил от артрита колена и опущения органов

Широкий таз облегчает деторождение, но добавляет других проблем со здоровьем

N+1
Маттиас Брешан (CEO Rado): «У вас должно быть столько часов, сколько вы можете себе позволить» Маттиас Брешан (CEO Rado): «У вас должно быть столько часов, сколько вы можете себе позволить»

Интервью с генеральным директором Rado – Маттиас Брешан

GQ
Ингибитор тирозинкиназы помог при хронической крапивнице в третьей фазе испытаний Ингибитор тирозинкиназы помог при хронической крапивнице в третьей фазе испытаний

Ученые сообщили об успехе испытаний ремибрутиниба при хронической крапивнице

N+1
Таланты и поклонники Таланты и поклонники

Как выявить творческие способности у ребенка и развить их

Лиза
«А как же шарики?!» Человечество исчерпает запасы гелия быстрее, чем нефти или газа – но есть выход «А как же шарики?!» Человечество исчерпает запасы гелия быстрее, чем нефти или газа – но есть выход

Поставщики начали отказывать в поставках гелия даже научным лабораториям

ТехИнсайдер
«Я шел к этому двадцать лет» «Я шел к этому двадцать лет»

Актер Максим Лагашкин о любимых ролях и о том, как ему удается всё успевать

OK!
Цикорий: доказанная польза для мужчин и возможные побочные эффекты Цикорий: доказанная польза для мужчин и возможные побочные эффекты

Цикорий — здоровая альтернатива кофе или что-то большее?

Playboy
Что читать, пока закрыты границы: отрывок из книги Мэри Норрис «Роман с Грецией: путешествие в страну солнца и оливок» Что читать, пока закрыты границы: отрывок из книги Мэри Норрис «Роман с Грецией: путешествие в страну солнца и оливок»

Фрагмент книги «Роман с Грецией: путешествие в страну солнца и оливок»

Esquire
5 черепно-мозговых травм, породивших гениев 5 черепно-мозговых травм, породивших гениев

Савантизм — состояние, которое приводит к появлению выдающихся способностей

Популярная механика
Геном ездовых собак указал на древнюю приспособленность к холоду и бегу Геном ездовых собак указал на древнюю приспособленность к холоду и бегу

Жители Сибири использовали ездовых собак уже 9500 лет назад

N+1
Метаморфопсия нарушила связь между восприятием и распознаванием увиденного Метаморфопсия нарушила связь между восприятием и распознаванием увиденного

Оказывается, осознанное восприятие — не то, чем кажется

N+1
Складчатогубы узнали сородичей по охотничьему сигналу Складчатогубы узнали сородичей по охотничьему сигналу

Летучие мыши складчатогубы Палласа различают голоса сородичей

N+1
Древняя «щука» оказалась экологическим аналогом осетра Древняя «щука» оказалась экологическим аналогом осетра

Раньше считалось, что она была хищником-засадчиком, напоминавшим щуку

N+1
Свой ресторан Свой ресторан

Шеф-повары перестают быть безмолвными исполнителями чужой воли

Bones
Дед Хасан, Котик, Киборг: откуда берутся имена и прозвища криминальных авторитетов Дед Хасан, Котик, Киборг: откуда берутся имена и прозвища криминальных авторитетов

По каким правилам придумывают прозвища в уголовном мире

Esquire
Комплекс Ионы: почему мы боимся своих возможностей? Комплекс Ионы: почему мы боимся своих возможностей?

Откуда в нас берется страх реализовать себя

Psychologies
Ёлка: «В шоу-бизнесе в одиночку не выжить» Ёлка: «В шоу-бизнесе в одиночку не выжить»

Ёлка предпочитает уделять свое время созданию качественной музыки

Cosmopolitan
Стесняюсь спросить: 8 вопросов дерматологу о том, как победить проблему черных точек на лице Стесняюсь спросить: 8 вопросов дерматологу о том, как победить проблему черных точек на лице

Почему появляются черные точки и как с ними бороться?

Esquire
Что любил есть Николай Гоголь? Что любил есть Николай Гоголь?

Николай Гоголь не отличался крепким здоровьем, но очень любил поесть

Культура.РФ
Окрошка Окрошка

Вечная дискуссия о том, как готовить окрошку, с каждым летом усиливается

Weekend
Какое произведение толстого было самым популярным при жизни писателя? Какое произведение толстого было самым популярным при жизни писателя?

Главное произведение Толстого отнюдь не «Война и мир» или «Анна Каренина»

Культура.РФ
Злодей или жертва? 7 сериальных антигероев, которым мы сочувствуем Злодей или жертва? 7 сериальных антигероев, которым мы сочувствуем

Когда по ТВ показывали эти сериалы, вся семья собиралась перед экраном

Cosmopolitan
Во всем блеске: как использовать глиттер для макияжа глаз и не только Во всем блеске: как использовать глиттер для макияжа глаз и не только

Лето – самое подходящее время для различных экспериментов с макияжем

Cosmopolitan
«Прекрасная эпоха»: сказка о потерянном времени «Прекрасная эпоха»: сказка о потерянном времени

Ностальгия способна сыграть с нами злую шутку

Psychologies
«Хроники Люциферазы. Три корабля»: отрывок из книги Натальи О'Шей «Хроники Люциферазы. Три корабля»: отрывок из книги Натальи О'Шей

Роман Натальи О'Шей о космосе, неизведанной планете, любви и преданности

Cosmopolitan
Почему оппозиция не смогла ничего противопоставить «путинским поправкам» Почему оппозиция не смогла ничего противопоставить «путинским поправкам»

Почему «конституционный вопрос» не заводит противников Владимира Путина

СНОБ
За горизонтом событий черных дыр: прощальный «вальс» света За горизонтом событий черных дыр: прощальный «вальс» света

Горизонт событий — это гипотетическая трехмерная поверхность вокруг черной дыры

Популярная механика
Голодные игры: звезды, которые сидели на опасных диетах ради славы Голодные игры: звезды, которые сидели на опасных диетах ради славы

Как худели знаменитости: стоит ли голодать и какие у этого последствия?

Cosmopolitan
Активный гиппокамп запомнил слова лучше неподготовленного Активный гиппокамп запомнил слова лучше неподготовленного

Эффективность запоминания стимула определяет состояние гиппокампа

N+1
Эпоха тюрок. Печенеги Эпоха тюрок. Печенеги

С IX века хозяевами Великой степи становятся тюркоязычные народы

Дилетант
Открыть в приложении