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Imaging Biological Samples with Optical Microscopy

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Optical microscopy uses optic principles to provide detailed images of samples. Antonie van Leeuwenhoek designed the first compound optical microscope in the 17th century to visualize blood cells, bacteria, and yeast cells. In 1830, Joseph Jackson Lister created an essentially modern light microscope. The 20th century saw the development of microscopes with enhanced magnification and resolution.
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Phase-Contrast Microscopes
In-phase-contrast microscopes, interference between light directly passing through a cell and light refracted by cellular components is used to create high-contrast, high-resolution images without staining. It is the oldest and simplest type of microscope that creates an image by altering the wavelengths of light rays passing through the specimen. Altered wavelength paths are created using an annular stop in the condenser. The annular stop produces a hollow cone of...
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Confocal Fluorescence Microscopy01:16

Confocal Fluorescence Microscopy

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Confocal microscopy is an advanced microscopic technique. The prime advantage of the confocal microscope over other microscopy techniques is its ability to block the out-of-focus light from the illuminated samples using pinholes. It is widely used with fluorescence optics to obtain high-resolution, sharp contrast images. Unlike optical microscopes, confocal microscopes use a focused beam of light laser to scan the entire sample surface at different z-planes. These microscopes are, therefore,...
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Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy01:05

Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

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Total internal reflection fluorescence microscopy or TIRF is an advanced microscopic technique used to visualize fluorophores in samples close to a solid surface with a higher refractive index, such as a glass coverslip. TIRF only allows fluorophores in proximity to the solid surface to be excited. When light from a medium with a lower refractive index (such as air) hits the glass coverslip at a critical angle, the light undergoes total internal reflection stead of passing through the glass.
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Super-resolution Fluorescence Microscopy01:37

Super-resolution Fluorescence Microscopy

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Super-resolution fluorescence microscopy (SRFM) provides a better resolution than conventional fluorescence microscopy by reducing the point spread function (PSF). PSF is the light intensity distribution from a point that causes it to appear blurred. Due to PSF, each fluorescing point appears bigger than its actual size, and it is the PSF interference of nearby fluorophores that causes the blurred image. Various approaches to achieving higher resolution through SRFM have recently been...
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  • 1Department of Chemistry, University of California, Irvine, California 92697, United States.

Journal of the American Chemical Society
|April 20, 2022
PubMed
Resumen
Este resumen es generado por máquina.

Las nuevas reacciones bioortogonales fluorogénicas que utilizan ciclopropenonas y fosfinas permiten la visualización de biomoléculas en tiempo real en células vivas. Esta química de alta activación de la señal es ideal para imágenes celulares y seguimiento de objetivos biológicos.

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Área de la Ciencia:

  • Biología Química
  • Química bioortogonal
  • Imágenes moleculares

Sus antecedentes:

  • Las reacciones bioortogonales fluorogénicas son cruciales para la visualización de biomoléculas en tiempo real.
  • Los métodos existentes a menudo carecen de compatibilidad con las células vivas debido a la reactividad cruzada o a la baja potenciación de la señal.
  • Hay una necesidad de nuevas composiciones químicas con altas relaciones señal-ruido para imágenes celulares.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar una nueva reacción bioortogonal fluorogénica para imágenes de células vivas.
  • Para crear una reacción con alta activación de la señal y una reactividad cruzada mínima.
  • Para permitir aplicaciones de imágenes multicolores en tiempo real.

Principales métodos:

  • Desarrollo de reporteros de ciclopropenona y socios de fosfina para una reacción bioortogonal.
  • Investigación del mecanismo de reacción que implica la activación regioselectiva y la ciclización.
  • Evaluación del rendimiento de la sonda in vitro y dentro de las células vivas.
  • Evaluación de la compatibilidad con otras reacciones fluorogénicas para imágenes multicomponentes.

Principales resultados:

  • Se estableció una nueva reacción fluorogénica entre las ciclopropenonas y las fosfinas, formando productos de cumarina.
  • La reacción demostró una activación de la señal de más de 1600 veces, una de las más altas reportadas.
  • Los motivos bioortogonales desarrollados fueron validados con éxito in vitro y en entornos celulares.
  • La química resultó compatible con otras reacciones fluorogénicas, lo que permitió la obtención de imágenes simultáneas.

Conclusiones:

  • La reacción ciclopropenona-fosfina ofrece un método altamente eficiente y sensible para la química bioortogonal.
  • Esta reacción avanza significativamente las capacidades para el seguimiento de biomoléculas en tiempo real en entornos celulares nativos.
  • La química desarrollada es una herramienta valiosa para ampliar el alcance de las imágenes de células vivas y los análisis multicomponentes.