ブラッド・アモスは人生のほとんどを小さな世界について考え、調べてきました。現在71歳で、スコットランドのストラスクライド大学の客員教授として働いており、人間の腕の長さと幅について、非常に大きな新しい顕微鏡レンズを設計する研究者チームを率いています。 2016年のPhysicsWorldのトップ10ブレイクスルーの1つに選ばれた、いわゆるMesolensは非常に強力であるため、1つの視野で腫瘍全体またはマウスの胚を画像化すると同時に、細胞の内部を画像化できます。
「写真用カメラレンズのカバー範囲が広く、顕微鏡の対物レンズの解像度が高いため、2つのアプローチの利点があります。画像は非常に便利です。」
今日、Amosのような顕微鏡専門家は、医学と人間の健康に広く応用されている新しい技術を革新するために世界中で働いています。しかし、これらの最先端の進歩はすべて、16世紀と17世紀に作られた最初の顕微鏡にまでさかのぼります。当時は最先端でしたが、あまり印象に残りませんでした。ハンドヘルドの虫眼鏡ほど強力ではありませんでした。
アモスは、子供の誕生日に顕微鏡を入手して以来、これらの最も単純な顕微鏡でさえも夢中になっています。微視的な世界での彼の陰謀は、小さな飛び出る泡の中の力から、針の突きで銅片が成形される方法まで、彼が見つけることができるものすべてを探求するにつれて飽くなきものになりました。 「それは遊びの生地のようで、とても柔らかくなります」とアモスは銅について語ります。彼は肉眼では見ることができない範囲で発見した現象に畏敬の念を示します。「あなたはそうでない世界を研究しています。」同じ知覚のルールにも従うのです。」
小さな世界の進行におけるこの種の好奇心は、顕微鏡検査を最初から推進しました。ハンスとザカリアスヤンセンというオランダの父子チームは、16世紀後半に最初のいわゆる複合顕微鏡を発明しました。彼らは、チューブの上下にレンズを置いてそれを通して見ると、もう一方の端は拡大されました。このデバイスは、将来のブレークスルーに向けて重要な基礎を築きましたが、3倍から9倍に拡大されました。
画像の品質はせいぜい平凡でした、と顕微鏡検査医であり、Golub MicroscopeCollectionのキュレーターであるStevenRuzin氏は言います。カリフォルニア大学バークレー校。 「私はそれらを通して画像を作成しました、そしてそれらは本当に非常にひどいです」とルジンは言います。「ハンドレンズははるかに優れていました。」
それらは倍率を提供しましたが、これらの最初の複合顕微鏡は解像度を上げることができなかったので、拡大されました。画像がぼやけて不明瞭に見えた。その結果、約100年間、大きな科学的進歩はありませんでした。
しかし、1600年代後半までに、レンズの改良により、画像の品質と拡大率が最大270倍に向上しました。 、主要な発見への道を開く。 1667年、英国の自然科学者ロバートフックは、草本植物の枝の中にある別個のセクションを含む、彼が観察した何百もの標本の複雑な図を含む彼の著書「顕微鏡図」を有名に出版しました。修道院の細胞を思い出させ、細胞生物学の父となったため、彼はセクションを細胞と呼びました。
1676年、オランダの布商人から科学者に転向したアントニーファンレーウェンフックは、見ることを目的として顕微鏡をさらに改良しました。彼が売った布で、しかしうっかりしてバクテリアが存在するという画期的な発見をしました。彼の偶然の発見は、微生物学の分野と現代医学の基礎を切り開いた。ほぼ200年後、フランスの科学者ルイパスツールは、細菌が多くの病気の原因であると判断しました（それ以前は、多くの科学者は、腐った空気と悪臭が私たちを病気にしたという瘴気理論を信じていました）。
“Itウィスコンシン大学マディソン校の顕微鏡医であるケビン・エリセイリは、細菌が最初に発見されたとき、「何があなたを病気にしたのかについて多くの混乱がありました。水中にバクテリアや物があるという考えは、これまでで最大の発見の1つでした。」
翌年の1677年、レーウェンフックは初めて人間の精子を特定したときに、別の特徴的な発見をしました。医学生は彼に淋病患者の射精を彼の顕微鏡下で研究するために連れてきました。レーウェンフックは義務を負い、小さな尾のある動物を発見し、彼自身の精液サンプルで同じうごめく「動物」を見つけました。彼はこれらの画期的な発見を発表しましたが、バクテリアの場合と同様に、科学者が発見の真の意味を理解するまでに200年が経過しました。
1800年代後半までに、ウォルターフレミングというドイツの科学者が細胞分裂を発見しました。数十年後、癌がどのように成長するかを明らかにするのに役立ちました。顕微鏡なしでは不可能だった発見です。
「細胞膜や腫瘍の一部を標的にできるようにしたい場合は、それを監視する必要があります。」
フックとレーウェンフックが使用した元の顕微鏡には限界があったかもしれませんが、チューブで接続された2つのレンズの基本構造は何世紀にもわたって関連性がありました、とエリセイリは言います。過去15年間で、進歩2014年、ドイツとアメリカの研究者チームが、超解像度蛍光顕微鏡と呼ばれる方法でノーベル化学賞を受賞しました。これにより、細胞内で発生する単一のタンパク質を追跡できるようになりました。このevolvi遺伝子を発光または「蛍光」させる革新的な技術によって可能になったng法は、パーキンソン病やアルツハイマー病などの病気との闘いに応用できる可能性があります。
Ruzinは、カリフォルニア大学バークレー校の生物イメージング施設の責任者であり、研究者はこのテクノロジーを使用して、ジャルディア寄生虫内の微細構造と細菌内のタンパク質の配置。現代の顕微鏡研究を文脈に取り入れるために、彼は、17世紀にさかのぼる164のアンティーク顕微鏡を含む、世界最大の公に展示されたコレクションの1つであるGolubコレクションの最も古いアイテムのいくつかを学部生と共有することに重点を置いています。学生。彼は、1660年頃に象牙で作られたイタリア製のものを含め、コレクションの中で最も古いもののいくつかを処理することさえできます。
それでも、超解像顕微鏡法の威力にもかかわらず、それは新たな課題をもたらします。たとえば、標本が高解像度で移動するときはいつでも、画像がぼやける、とルジン氏は言います。「細胞が熱運動だけで振動し、暖かいために水分子が細胞に当たって跳ね返ると、時間がかかるため超解像が失われます」とルジン氏は言います。 （このため、研究者は通常、ライブサンプルの研究に超解像顕微鏡を使用しません。）
しかし、AmosのMesolensのようなテクノロジーは、倍率が4倍とはるかに低く、視野がはるかに広くなっています。最大5mm、またはピンク色の指の爪の幅程度をキャプチャでき、生きた標本を画像化できます。つまり、新生児の血管疾患に関連する遺伝子が胚に組み込まれると、マウスの胚がリアルタイムで発生するのを見ることができます。これ以前は、科学者はX線を使用して胚の血管疾患を研究していましたが、メソレンスの場合のように細胞レベルまで詳細を把握することはありませんでした。
「これはほとんど前例のないことです。誰もが光学顕微鏡用の新しい対物レンズを設計するために、生物学者が研究したい新しいタイプの標本に対応するためにこれを行いました」とストラスクライド大学グラスゴー校のアモスの同僚ゲイルマコーネルは述べ、科学者は無傷の生物を研究しているが、見ることができる詳細の量を妥協したくない。
これまでのところ、データストレージ業界はメソレンを使用して半導体材料を研究することに関心を示しており、石油業界のメンバーも将来の掘削現場からの材料を画像化するためにそれを使用することに興味を持っています。レンズの設計は特に光をよく拾い、研究者が外側に移動する転移腫瘍の細胞などの複雑な詳細が展開するのを見ることができます。しかし、真の可能性これらの新しい技術のlはまだ見られていません。
「過去100年間に作成されたものとは異なる目標を開発すると、あらゆる種類の未知の可能性が開かれます」とAmos氏は言います。 「私たちはそれらの可能性が何であるかを理解し始めたばかりです。」
編集者注、2017年3月31日：この投稿は、レーウェンフックが複合顕微鏡を改良しなかったこと、およびルジンのコレクションが17世紀にさかのぼることを反映して編集されました。
