कन्फोकल और प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी

प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी प्रतिदीप्ति अणुओं को उत्तेजित करके और उनके द्वारा उत्सर्जित लंबी-तरंगदैर्ध्य प्रकाश को एकत्रित करके नमूनों की छवियां बनाती है, जिससे कोशिकाओं की उच्च-विपरीत, आणविक रूप से विशिष्ट छवियां प्राप्त होती हैं। कन्फोकल माइक्रोस्कोपी एक पिनहोल जोड़ती है जो फोकस से बाहर के प्रकाश को अस्वीकार करती है, जिससे तीक्ष्ण ऑप्टिकल खंड बनते हैं जिन्हें कोशिका के त्रि-आयामी दृश्यों में संयोजित किया जा सकता है।

Definition

प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी लेबल की गई संरचनाओं की छवि बनाने के लिए फ्लोरोफोरस द्वारा प्रकाश के अवशोषण और पुन: उत्सर्जन का उपयोग करती है; कन्फोकल माइक्रोस्कोपी एक प्रतिदीप्ति तकनीक है जिसमें एक पिनहोल फोकस से बाहर के प्रकाश को बाहर कर देता है ताकि केवल एक पतली फोकस में स्थित समतल ही प्रत्येक छवि में योगदान दे, जिससे ऑप्टिकल खंड प्राप्त होते हैं।

Scope

यह प्रविष्टि प्रतिदीप्ति कंट्रास्ट के सिद्धांत, कन्फोकल इमेजिंग के ऑप्टिकल-सेक्शनिंग लाभ, और सुपर-रिज़ॉल्यूशन विधियों के व्यापक वर्ग को शामिल करती है जो प्रतिदीप्ति इमेजिंग को विवर्तन सीमा से नीचे धकेलते हैं। यह इन्हें कोशिका जीव विज्ञान के भीतर इमेजिंग विधियों के रूप में मानती है न कि नैदानिक ​​निर्देश के रूप में।

Core questions

• कोशिका में प्रतिदीप्ति आणविक कंट्रास्ट कैसे प्रदान करती है?
• एक कन्फोकल पिनहोल ऑप्टिकल खंड कैसे उत्पन्न करता है?
• कोशिकाओं की त्रि-आयामी छवियां कैसे पुनर्निर्मित की जाती हैं?
• सुपर-रिज़ॉल्यूशन विधियां विवर्तन सीमा से कैसे अधिक होती हैं?

Key concepts

• प्रतिदीप्ति उत्तेजना और उत्सर्जन
• फ्लोरोफोरस और प्रतिदीप्ति प्रोटीन
• कन्फोकल पिनहोल और ऑप्टिकल सेक्शनिंग
• त्रि-आयामी पुनर्निर्माण
• फोटोब्लीचिंग और फोटोटॉक्सिसिटी
• सुपर-रिज़ॉल्यूशन (विवर्तन-असीमित) इमेजिंग

Mechanisms

प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी में एक फ्लोरोफोर उत्तेजना प्रकाश को अवशोषित करता है और एक लंबी तरंग दैर्ध्य पर पुन: उत्सर्जित करता है, जिसे फिल्टर द्वारा उत्तेजना से अलग किया जाता है ताकि एक गहरे पृष्ठभूमि के खिलाफ उज्ज्वल, विशिष्ट कंट्रास्ट मिल सके, जैसा कि लिच्टमैन और कोंचेलो द्वारा समीक्षा की गई है। हालांकि, एक पारंपरिक प्रतिदीप्ति छवि में फोकल प्लेन के ऊपर और नीचे से धुंधला प्रकाश होता है; कन्फोकल माइक्रोस्कोपी फोकल बिंदु के संयुग्मी एक पिनहोल रखती है ताकि फोकस से बाहर के प्रकाश को अस्वीकार कर दिया जाए, जिससे कोंचेलो और लिच्टमैन द्वारा वर्णित ऑप्टिकल खंड उत्पन्न होते हैं जिन्हें तीन आयामों में स्टैक किया जा सकता है। क्योंकि उत्सर्जन, सभी प्रकाश माइक्रोस्कोपी की तरह, अभी भी विवर्तन सीमा के अधीन है, उत्तेजित-उत्सर्जन-क्षय माइक्रोस्कोपी जैसे सुपर-रिज़ॉल्यूशन दृष्टिकोण, जिसे हेल और विचमैन द्वारा पेश किया गया था, उस सीमा से बहुत नीचे विवरण को हल करने के लिए प्रतिदीप्ति प्रक्रिया को ही हेरफेर करते हैं, जैसा कि शर्मीलेह और सहयोगियों द्वारा सर्वेक्षण किया गया है।

Clinical relevance

कन्फोकल और प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी का व्यापक रूप से विकृति विज्ञान, नेत्र विज्ञान और बायोमेडिकल अनुसंधान में अणुओं का स्थानीयकरण करने और ऊतक को तीन आयामों में चित्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है। यह प्रविष्टि इसमें शामिल इमेजिंग सिद्धांतों की व्याख्या करती है और संदर्भ-शैक्षिक है, न कि व्यक्तिगत नैदानिक ​​या उपचार निर्णयों का आधार।

History

कन्फोकल सिद्धांत की कल्पना 1950 के दशक में मार्विन मिंस्की ने की थी, लेकिन व्यावहारिक लेजर-स्कैनिंग कन्फोकल माइक्रोस्कोप और उज्ज्वल सिंथेटिक और आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड फ्लोरोफोरस ने बीसवीं शताब्दी के अंत से कोशिका जीव विज्ञान में प्रतिदीप्ति इमेजिंग को प्रमुख बना दिया। उत्तेजित-उत्सर्जन-क्षय माइक्रोस्कोपी (हेल और विचमैन, 1994) और संबंधित तकनीकों द्वारा विवर्तन सीमा का बाद में टूटना सुपर-रिज़ॉल्यूशन प्रतिदीप्ति इमेजिंग के युग की शुरुआत हुई जिसका सारांश शर्मीलेह और सहयोगियों ने दिया है।

Key figures

• Jeff Lichtman
• Jose-Angel Conchello
• Stefan Hell
• Marvin Minsky

Seminal works

• lichtman-2005
• conchello-2005
• hell-1994
• schermelleh-2010

Frequently asked questions

कन्फोकल पिनहोल क्या करता है?

इसे इस तरह से रखा जाता है कि फोकल प्लेन के बाहर का प्रकाश अवरुद्ध हो जाए, जिससे केवल फोकस में स्थित प्रकाश ही छवि बनाने के लिए बचे; यह एक पतला ऑप्टिकल खंड बनाता है जिसे दूसरों के साथ मिलाकर त्रि-आयामी दृश्य में जोड़ा जा सकता है।

प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी विवर्तन सीमा को कैसे हरा सकती है?

उत्तेजित-उत्सर्जन-क्षय माइक्रोस्कोपी जैसी सुपर-रिज़ॉल्यूशन विधियां प्रतिदीप्ति उत्सर्जन प्रक्रिया को नियंत्रित करती हैं ताकि शास्त्रीय विवर्तन सीमा से काफी नीचे के विवरण को हल किया जा सके।