Các nhà khoa học tại Đại học Stanford (Mỹ) vừa ghi dấu ấn lớn trong ngành sinh học khi chế tạo thành công một loại kính hiển vi thế hệ mới, cho phép quan sát các mối tương tác phức tạp giữa những cấu trúc siêu nhỏ bên trong tế bào sống, với độ phân giải tối ưu nhất từ trước đến nay mà không cần tới sự trợ giúp của các chất nhuộm huỳnh quang.
Công nghệ mang tính cách mạng trên mang tên Kính hiển vi quét ảnh giao thoa (iISM). Với khả năng đạt độ phân giải ấn tượng lên tới khoảng 120 nanomet, iISM mở ra cơ hội cho các nhà nghiên cứu theo dõi trực tiếp theo thời gian thực quá trình dịch chuyển, biến đổi cũng như tương tác qua lại của các bào quan và "bộ máy" phân tử bên trong tế bào ngay trong môi trường tự nhiên vốn có của chúng.
iISM cho phép quan sát các mối tương tác phức tạp giữa những cấu trúc siêu nhỏ bên trong tế bào sống, với độ phân giải tối ưu nhất từ trước đến nay. Ảnh: Jim Gensheimer/Đại học Stanford
Thông tin về sáng chế mới này được công bố chính thức trên tạp chí khoa học uy tín Light: Science and Applications. Giáo sư W.E. Moerner, người từng vinh dự nhận giải Nobel Hóa học năm 2014 và là đồng tác giả của ilSM, nhấn mạnh kính hiển vi này mang lại một góc nhìn vô cùng kỳ diệu vào bên trong những cấu trúc tế bào tinh vi - nơi vốn được ví như những chiếc hộp phức tạp điều hành mọi hoạt động sống của chúng ta.
"Giờ đây, giới khoa học có thể tận mắt chứng kiến những chuyển động vi mô đó mà không phải can thiệp bằng cách gắn thêm bất kỳ chất huỳnh quang nào", ông Moerner cho biết.
Điểm cộng lớn nhất của công nghệ iISM nằm ở phương pháp tiếp cận "không nhãn". Nếu như các loại kính hiển vi huỳnh quang truyền thống bị giới hạn khi chỉ có thể hiển thị một vài cấu trúc cùng một lúc và rất dễ bị phai màu theo thời gian, thì iISM lại sở hữu năng lực vượt trội khi bao quát được nhiều cấu trúc cùng một lúc trong suốt thời gian dài.
Thêm vào đó, nhờ hoạt động với công suất tia laser thấp hơn đáng kể so với các kỹ thuật không nhãn khác, thiết bị giúp giảm thiểu tối đa nguy cơ làm tổn thương tế bào sống trong quá trình quan sát.
Bí quyết tạo nên sự thần kỳ của iISM nằm ở sự kết hợp tài tình giữa 2 kỹ thuật tiên tiến bao gồm tán xạ giao thoa và hệ thống phát hiện mảng camera. Thay vì chỉ sử dụng một đầu dò đơn lẻ như các dòng kính hiển vi đồng tiêu truyền thống, iISM thu thập dữ liệu từ hàng chục đến hàng trăm góc nhìn khác nhau thông qua một mảng cảm biến.
Sau đó, các dữ liệu này được xử lý đồng bộ để kết xuất ra những hình ảnh có độ phân giải sắc nét và độ tương phản vượt trội hơn, tương tự cách đôi mắt con người phối hợp nhịp nhàng để cảm nhận chiều sâu của không gian.
Giáo sư W.E. Moerner (phải) và Tiến sĩ Michelle Kueppers, hai tác giả chính của kính hiển vi iISM. Ảnh: Michelle Kueppers
Nhờ những đặc tính ưu việt như khả năng quan sát bền bỉ, tác động nhẹ nhàng và hoàn toàn không can thiệp sâu vào cấu trúc tự nhiên, công nghệ iISM được đánh giá là một công cụ có tiềm năng vô cùng rộng lớn trong nhiều lĩnh vực khoa học.
Thiết bị này sẽ góp phần đắc lực vào việc làm sáng tỏ các cơ chế bệnh tật, thúc đẩy tiến trình nghiên cứu và phát triển các loại thuốc mới, cũng như giúp con người hiểu rõ hơn mối quan hệ tương tác giữa thế giới thực vật và vi sinh vật.
Song theo Tiến sĩ Michelle Kueppers, tác giả chính của nghiên cứu và hiện là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Giáo sư Moerner, iISM sinh ra không phải để thay thế hoàn toàn kính hiển vi huỳnh quang, mà 2 công nghệ này sẽ bổ trợ đắc lực cho nhau.
"Bằng việc kết hợp hài hòa giữa độ chính xác phân tử của kỹ thuật huỳnh quang với khả năng bao quát ngữ cảnh và nắm bắt động lực học không nhãn của iISM, giới khoa học sẽ tìm được lời giải cho những câu hỏi hóc búa vốn từng rất khó tiếp cận trước đây", bà Kueppers tuyên bố.
Nhóm nghiên cứu từ Stanford vẫn đang tích cực tối ưu hóa và hoàn thiện thiết bị với hy vọng sẽ sớm phổ biến rộng rãi công nghệ này đến cộng đồng nghiên cứu quốc tế trong thời gian tới.
Bước đi này được kỳ vọng sẽ mở ra một kỷ nguyên hoàn toàn mới, giúp nhân loại tiến sâu hơn vào hành trình khám phá thế giới sự sống đầy bí ẩn ở cấp độ nano.
