Laboratory Soft X-Ray Microscopy for Biological Imaging
Tid: Fr 2025-01-17 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Biologisk fysik
Respondent: Komang Arsana , Bio-Opto-Nanofysik, Biomedical and X-rays Physics
Opponent: Professor Juergen Thieme, Institute for X-Ray Physics, Georg-August University Goettingen
Handledare: Hans Hertz, Fysik, Bio-Opto-Nanofysik; Ulrich Vogt, Bio-Opto-Nanofysik; Jonas A. Sellberg, Bio-Opto-Nanofysik
QC 2025-01-03
Abstract
Mjukröntgenmikroskopi inom vattenfönstret är en kraftfull teknik för hög-upplöst biologisk avbildning tack vare dess förmåga att avbilda hela, intakta celler (ungefär 10 μm tjocka) i deras nära naturliga cellulära miljö. Den korta våglängden hos strålning i vattenfönstret (λ = 2.3–4.4 nm, E = 284–540 eV) som används i denna avbildningsteknik ger hög naturlig kontrast för cellulär avbildning, tack vare den betydande skillnaden i mjukröntgens absorptionslängd mellan organiska material, såsom proteiner och lipider (dvs. kol), och vatten (dvs. syre). Förutom den höga bildkontrasten eliminerar den höga penetrationen av mjukröntgen behovet av tidskrävande provberedning, inklusive sektionering, kemisk fixering, tungmetallfärgning och fluorescensmärkning. De flesta mjukröntgenmikroskop finns hos synkrotronstrålningskällor eftersom de kräver röntgenkällor med hög spektral ljusstyrka, vilket begränsar tillgängligheten. För att komplettera dessa synkrotronbaserade instrument utvecklar vi ett laboratoriebaserat mjukröntgenmikros-kop som ett alternativt system för biologisk avbildning. Motiverad av denna bakgrund presenterar denna avhandling utvecklingen av laboratoriebaserad mjukröntgenmikroskopi med fokus på att förbät-tra bildupplösningen och optimera provberedningen. Upplösningen har förbättrats till 25 nm (halvperiod) genom vibrationsanalys och dämpning. Optimering av provberedning uppnåddes genom att kontrollera istjockleken under vitrifieringsprocessen, tillämpad både vid manuell snabbfrysning och automatiserade system, vilket möjliggjorde bevarandet av cellstrukturer och förbättrad bildkvalitet. Dessa utvecklingar har möjliggjort etableringen av en metodik för att undersöka nanopartikelinteraktioner in vitro och in vivo, enbart med hjälp av röntgenavbildning. Framstegen har också möjliggjort undersökning av upptag och dynamik av nanopartiklar i organeller. Dessutom sträcker sig tillämpningarna bortom bio-nano-interaktioner; de har också underlättat kvantitativa studier av virusinfektioner med gigantisk DNA-virus.