電子顯微鏡：觀察0.5納米活器官！
-在納米級觀察生物體-
– 線粒體、肌節等 –
中部大學
講師新谷正根 (36)
“DET膜法”是一種利用電子顯微鏡在納米水平上觀察生物體運動的新技術。
它是由中部大學講師 Seirei Shintani（36 歲）領導的一個研究小組開發的。
現場觀察：
產生能量的線粒體，收縮並產生肌肉運動的肌節等。
可以觀察到“細胞中的活微生物”。
為“闡明生物學機制等各種科學的進步”做出貢獻。
電子顯微鏡的局限性：
電子顯微鏡
物體被電子照射，可以在最大 0.5 nm 處觀察到。
特點是它看起來是三維的。
但，
電子“必須處於真空中，以免被空氣吸收或反射”。
“觀察活細胞”是極其困難的。
光學顯微鏡的缺點：
光學顯微鏡通常用於活體觀察。
放大倍率約為電子顯微鏡的1/400，缺點是只能觀察表面。
新谷講師：
我想用電子顯微鏡觀察活的有機體。
我們專注於用於半導體絕緣塗層的化學物質“聚酰亞胺”。
聚焦“聚酰亞胺”：
聚酰亞胺非常薄，厚度為 200 至 300 納米。
此外，分子之間的鍵很牢固，因此它們很難斷裂。
用聚酰亞胺覆蓋：
也可以沿著觀察到的活體拉伸薄膜。
當將活體置於類似於體液的溶液中並用聚酰亞胺覆蓋觀察時，
我成功地看到了運動的三維。
研究結果：
發表在顯微鏡科學領域的國際學術期刊《顯微鏡》電子版上。
DET 膠片法可以闡明復雜的生命機制。
移動現場觀察的動機：
講師新谷
觀察肌節的肌原纖維內細胞器，
他使用數學模型研究了“心臟不停跳動的機制”。
2019 年，他開始開發一種用電子顯微鏡觀察移動的生物體的方法。
在中部大學，有一台老舊的電子顯微鏡，預定要報廢了。
使用這種顯微鏡，開發了 DET 薄膜法。
每日新聞
https://mainichi.jp/articles/20220722/k00/00m/040/192000c
Microscope électronique : Observation d’organes de 0,5 nm vivants !
-Observer le vivant à l’échelle nano-
– Mitochondries, sarcomère, etc. –
Université Chubu
Chargé de cours Masane Shintani (36)
La « méthode de la membrane DET » est une nouvelle technologie qui utilise un microscope électronique pour observer le mouvement des organismes vivants au niveau nano.
Il a été développé par un groupe de recherche dirigé par le maître de conférences Seirei Shintani (36 ans) à l’Université de Chubu.
Observation en direct :
Mitochondries qui produisent de l’énergie, sarcomère qui se contracte et produit des mouvements musculaires, etc.
Il est possible d’observer des “micro-organismes vivants dans les cellules”.
Contribuer à “l’avancement de diverses sciences telles que l’élucidation des mécanismes biologiques”.
Limites de la microscopie électronique :
microscope électronique
Les objets sont irradiés avec des électrons et peuvent être observés à un maximum de 0,5 nm.
La caractéristique est qu’il semble en trois dimensions.
mais,
Les électrons “doivent être dans le vide afin qu’ils ne puissent pas être absorbés ou réfléchis par l’air”.
Il est extrêmement difficile “d’observer des cellules vivantes”.
Inconvénients de la microscopie optique :
Un microscope optique est généralement utilisé pour l’observation du corps vivant.
Le grossissement est d’environ 1/400 de celui d’un microscope électronique, et il présente l’inconvénient que seule la surface peut être observée.
Maître de conférences Shintani :
Je voulais utiliser un microscope électronique pour observer les organismes vivants.
Nous nous sommes concentrés sur la substance chimique “polyimide” utilisée pour le revêtement isolant des semi-conducteurs.
Zoom sur “Polyimide”:
Le polyimide est extrêmement fin avec une épaisseur de 200 à 300 nanomètres.
De plus, les liaisons entre les molécules sont fortes, elles sont donc difficiles à rompre.
Recouvrir de polyimide :
Il était également possible d’étirer un film le long du corps vivant observé.
Lorsque le corps vivant a été placé dans une solution similaire aux fluides corporels et recouvert de polyimide pour observation,
J’ai réussi à voir le mouvement en trois dimensions.
résultat de la recherche :
Il a été publié dans la version électronique de Microscopy, une revue académique internationale dans le domaine de la science microscopique.
La méthode du film DET peut élucider les mécanismes complexes de la vie.
Motivation pour déplacer l’observation en direct :
Chargé de cours Shintani
Observation des organites intramyofibrillaires du sarcomère,
À l’aide d’un modèle mathématique, il a recherché “le mécanisme par lequel le cœur continue de battre sans repos”.
En 2019, il a commencé à développer une méthode d’observation d’organismes vivants en mouvement avec un microscope électronique.
À l’Université de Chubu, il y avait un vieux microscope électronique qui devait être jeté.
À l’aide de ce microscope, la méthode du film DET a été développée.
Mainichi Shimbun
Elektronenmikroskop: Beobachtung von 0,5-nm-Organen am Leben!
-Beobachtung lebender Organismen auf Nanoebene-
– Mitochondrien, Sarkomere usw. –
Chubu-Universität
Dozent Masane Shintani (36)
Die „DET-Membranmethode“ ist eine neue Technologie, die mithilfe eines Elektronenmikroskops die Bewegung lebender Organismen auf Nanoebene beobachtet.
Es wurde von einer Forschungsgruppe unter der Leitung von Dozentin Seirei Shintani (36) an der Chubu University entwickelt.
Live-Beobachtung:
Mitochondrien, die Energie produzieren, Sarkomere, die sich zusammenziehen und Muskelbewegungen erzeugen usw.
Es ist möglich, „lebende Mikroorganismen in Zellen“ zu beobachten.
Tragen Sie zum “Fortschritt verschiedener Wissenschaften wie der Aufklärung biologischer Mechanismen” bei.
Grenzen der Elektronenmikroskopie:
Elektronenmikroskop
Objekte werden mit Elektronen bestrahlt und können bei maximal 0,5 nm beobachtet werden.
Das Merkmal ist, dass es dreidimensional aussieht.
aber,
Elektronen “müssen sich in einem Vakuum befinden, damit sie nicht von Luft absorbiert oder reflektiert werden können.”
Es ist äußerst schwierig, “lebende Zellen zu beobachten”.
Nachteile der optischen Mikroskopie:
Ein optisches Mikroskop wird im Allgemeinen zur Beobachtung lebender Körper verwendet.
Die Vergrößerung beträgt etwa 1/400 eines Elektronenmikroskops und hat den Nachteil, dass nur die Oberfläche betrachtet werden kann.
Dozent Shintani:
Ich wollte mit einem Elektronenmikroskop lebende Organismen beobachten.
Wir konzentrierten uns auf die chemische Substanz „Polyimid“, die für die isolierende Beschichtung von Halbleitern verwendet wird.
Fokus “Polyimid”:
Polyimid ist mit einer Dicke von 200 bis 300 Nanometern extrem dünn.
Darüber hinaus sind die Bindungen zwischen Molekülen stark, sodass sie schwer zu brechen sind.
Abdeckung mit Polyimid:
Es war auch möglich, einen Film entlang des beobachteten lebenden Körpers zu spannen.
Wenn der lebende Körper in eine körperflüssigkeitsähnliche Lösung gelegt und zur Beobachtung mit Polyimid bedeckt wurde,
Mir ist es gelungen, die Bewegung dreidimensional zu sehen.
Forschungsergebnis:
Es wurde in der elektronischen Version von Microscopy veröffentlicht, einer internationalen wissenschaftlichen Zeitschrift auf dem Gebiet der Mikroskopie.
Die DET-Filmmethode kann die komplizierten Mechanismen des Lebens aufklären.
Motivation für bewegte Live-Beobachtung:
Dozent Shintani
Beobachtung intramyofibrillärer Sarkomerorganellen,
Anhand eines mathematischen Modells erforschte er „den Mechanismus, durch den das Herz ohne Pause weiterschlägt“.
2019 begann er mit der Entwicklung einer Methode zur Beobachtung von sich bewegenden lebenden Organismen mit einem Elektronenmikroskop.
An der Chubu-Universität gab es ein altes Elektronenmikroskop, das entsorgt werden sollte.
Unter Verwendung dieses Mikroskops wurde die DET-Filmmethode entwickelt.
Mainichi Shimbun
Real-time scanning electron microscopy of unfixed tissue in the solution using a deformable and electron-transmissive film
Microscopy
Oxford Academic
Abstract
It is difficult to use scanning electron microscopy to observe the structure and movement of biological tissue immersed in the solution.
To enable such observations,
we created a highly deformable and electron-transmissive polyimide film that can withstand the pressure difference between the high-vacuum electron column and the atmospheric-pressure sample chamber.
With this film,
we used scanning electron microscopy to measure the intrinsic fine structure and movement of the contractile fibers of excised mouse heart immersed in physiological solutions.
Our measurements revealed that
the excised heart is a dynamic tissue that undergoes relaxation oscillation based on a three-dimensional force balance.
https://academic.oup.com/jmicro/advance-article/doi/10.1093/jmicro/dfac030/6609566