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

«Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах» «Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах»

Зачем превращать одни клетки в другие

N+1
Светлана Иванова: «Сегодня важно быть готовой к любой ситуации» Светлана Иванова: «Сегодня важно быть готовой к любой ситуации»

Светлана Иванова рассказала о плюсах и минусах изоляции

Здоровье
Ученые предсказали точную дату конца Вселенной— и он случится раньше, чем предполагалось Ученые предсказали точную дату конца Вселенной— и он случится раньше, чем предполагалось

Ученые впервые назвали точную дату конца Вселенной

Inc.
10 фильмов, из-за которых критики разругались со зрителями 10 фильмов, из-за которых критики разругались со зрителями

Мнение кинокритиков и зрителей порой расходится кардинально

Maxim
Как заснуть буквально за минуту: способ, который все мы бессознательно используем Как заснуть буквально за минуту: способ, который все мы бессознательно используем

Как помочь своему организму заснуть?

Maxim
Начинаем тратить деньги осознанно: о безболезненном переходе к новым привычкам Начинаем тратить деньги осознанно: о безболезненном переходе к новым привычкам

Секреты грамотного управления своими финансами

Cosmopolitan
Семейный автомобиль на воздушной подушке: красивый и бесполезный Семейный автомобиль на воздушной подушке: красивый и бесполезный

Самолётомобили — сказочная фантазия людей из 1950-х

Популярная механика
Мой Bocuse d’Or Мой Bocuse d’Or

Для многих стран Bocuse d’Or значит не меньше, чем крупный спортивный чемпионат

Bones
Автомобилиста лишили прав за чужое нарушение. Так вообще бывает? Автомобилиста лишили прав за чужое нарушение. Так вообще бывает?

Водителя лишили прав за пьяное вождение, хотя он весь день сидел дома

РБК
Формируй горизонт и властвуй. Как женщины учатся мыслить стратегически Формируй горизонт и властвуй. Как женщины учатся мыслить стратегически

Что такое стратегическое мышление и какие преимущества оно может дать в карьере

Forbes
Рога на носу ископаемого псеводсурка оказались защитой от хищников Рога на носу ископаемого псеводсурка оказались защитой от хищников

Палеонтологи описали шестой вид рогатых сурков по ископаемому материалу

N+1
Отношения новые – ошибки старые? Отношения новые – ошибки старые?

В юности, строя первые серьезные отношения, ты делаешь кучу ошибок

Лиза
Раздражение: понять и обезвредить Раздражение: понять и обезвредить

Почему мы не всегда понимаем истинную причину своего раздражения

Psychologies
Как устроено человеческое сознание Как устроено человеческое сознание

Как работают главные механизмы нашего сознания?

Популярная механика
Одна вокруг света на карантине: карма и индийское бездорожье Одна вокруг света на карантине: карма и индийское бездорожье

73-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
Он сшил форму, в которой побеждает Хабиб, и увеличил выручку в 16 раз за два года. Он сшил форму, в которой побеждает Хабиб, и увеличил выручку в 16 раз за два года.

Это история предпринимателя из Пензы, который нашел голубой океан

Inc.
Сара Перри: Мельмот Сара Перри: Мельмот

Фрагмент из романа Сары Перри о неприметной англичанке Хелен Франклин

СНОБ
100 лучших вузов 100 лучших вузов

Рейтинг впервые возглавила Высшая школа экономики

Forbes
Серый, бурый, малиновый: с каким цветом сочетается оранжевый Серый, бурый, малиновый: с каким цветом сочетается оранжевый

Не знаешь, с чем лучше сочетать рыжую рубашку или апельсиновые кеды?

Cosmopolitan
«Я не феминистка»: почему женщинам не нравится движение, защищающее их интересы «Я не феминистка»: почему женщинам не нравится движение, защищающее их интересы

Почему не все женщины поддерживают феминизм, а некоторые его даже боятся

Cosmopolitan
Гастрономическая мекка Гастрономическая мекка

Краснодарский край вошел в пятерку привлекательных для гастротуризма регионов

Bones
Токсичные родственники: как оборвать связи Токсичные родственники: как оборвать связи

Можно ли перестать общаться с родственниками и как разрешить себе это сделать?

Psychologies
Геном микроскопических водорослей указал на третью ветвь зеленых растений Геном микроскопических водорослей указал на третью ветвь зеленых растений

В группе зеленых растений обнаружили третий отдел — Prasinodermophyta

N+1
Ученые описали четыре новых вида ксенофиофор со дна Тихого океана Ученые описали четыре новых вида ксенофиофор со дна Тихого океана

Описаны четыре новых вида гигантских одноклеточных ксенофиофор

N+1
Пальцевый индекс оказался не связан с изменением уровня тестостерона у мужчин Пальцевый индекс оказался не связан с изменением уровня тестостерона у мужчин

Пальцевый индекс оказался не связан с уровнем гормонов во взрослом возрасте

N+1
Белая горячка: как стирать белые вещи Белая горячка: как стирать белые вещи

Как выйти белым из воды — в этой подборке советов

Maxim
Новый текст Любы Макаревской Новый текст Любы Макаревской

Новый текст Любы Макаревской об одержимости, любви и фантазмах

СНОБ
Марк Юний Брут: принципиальный враг тирании Марк Юний Брут: принципиальный враг тирании

Марк Юний Брут не был ни инициатором, ни организатором покушения на Цезаря

Дилетант
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
«Кровавая» работа природы и врачей «Кровавая» работа природы и врачей

Как можно избежать осложнений при переливании крови

Наука и жизнь
Открыть в приложении