Registro:
Documento: | Tesis Doctoral |
Disciplina: | fisica |
Título: | Mediciones con resolución nanométrica mediante depleción por emisión estimulada |
Título alternativo: | Measurements with nanometric resolution by stimulated emission depletion |
Autor: | Bordenave, Martín Diego |
Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
Filiación: | CONICET. Polo Científico Tecnológico. Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman" (CIBION)
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Publicación en la Web: | 2017-04-28 |
Fecha de defensa: | 2016-11-14 |
Fecha en portada: | 2016 |
Grado Obtenido: | Doctorado |
Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
Director: | Stefani, Fernando D. |
Consejero: | Bragas, Andrea V. |
Jurado: | Iemmi, Claudio; Aramendía, Pedro; Barrantes, Francisco J. |
Idioma: | Español |
Palabras clave: | MICROSCOPIA; NANOSCOPIA; STED; RESOLUCION; SUPERRESOLUCIONMICROSCOPY; NANOSCOPY; STED; RESOLUTION; SUPER-RESOLUTION |
Tema: | física/microscopía
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Formato: | PDF |
Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6095_Bordenave |
PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6095_Bordenave.pdf |
Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6095_Bordenave |
Ubicación: | Dep.FIS 006095 |
Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Bordenave, Martín Diego. (2016). Mediciones con resolución nanométrica mediante depleción por emisión estimulada. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6095_Bordenave |
Resumen:
Desde los estudios de Ernst Abbe, a finales del siglo XIX, se dio por aceptado que la microscopíaóptica de campo lejano tenía un límite en su poder de resolución espacial: objetosque se encontraran más cercanos entre sí que media longitud de onda de la luz utilizada nopodrían distinguirse. Sin embargo, en las últimas dos décadas se han desarrollado un númerode técnicas basadas en fluorescencia que mantienen las ventajas de la microscopía óptica decampo lejano, y proporcionan una resolución espacial limitada únicamente por el tamañodel marcador fluorescente. Estas técnicas se denominan microscopías de superresolución onanoscopías de fluorescencia e involucran la transición entre estados moleculares de los fluoróforosque permitan o no la emisión de fluorescencia. En particular, en la nanoscopía STED (Stimulated Emission Depletion), se produce esta transición mediante depleción por emisiónestimulada, con el fin de desactivar fluoróforos en regiones controladas del espacio y de estaforma reducir el volumen efectivo de observación. En el marco de esta tesis, y gracias a una colaboración formal y activa con Stefan W. Hell (Department of NanoBiophotonics, Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen, Germany), galardonado en 2014 con el premio Nobel de Química por su trabajopionero en las nanoscopías de fluorescencia, se construyó el primer nanoscopio STED de Argentina (Grupo de Nanofísica Aplicada, Centro de Investigaciones en Bionanociencias (CIBION), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires (BA), Argentina). El nanoscopio STED se aplicó para indagar y dilucidar problemas biofísicos con resoluciónnanométrica. En colaboraciones interdisciplinarias se estudió: (a) la organización deproteínas en la membrana del Trypanosoma cruzi, en colaboración con el Grupo de Inmunología Molecular, Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (IIB), Universidad Nacional de San Martín (UNSAM), CONICET, BA, Argentina; (b) procesos de reestructuración del citoesqueletode los conos de crecimiento durante la polarización neuronal, en colaboración conel Laboratorio de Neurobiología, Instituto de Investigación Médica de Córdoba (INIMEC), CONICET, Córdoba, Argentina; y (c) la formación y estabilidad de estructuras periódicasde actina en procesos de degeneración axonal, en colaboración con el Laboratorio de Neurobiología, INIMEC, CONICET, Córdoba, Argentina y el Grupo de Neurobiología Molecular, Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBIOBA), CONICET, BA, Argentina. Asimismo, se desarrolló un nuevo esquema de implementación de la nanoscopía STEDque expande considerablemente su campo de aplicación. Generalmente, luz de longitud deonda situada en la zona roja lejana del espectro de emisión del fluoróforo es utilizada para inducir el fenómeno de emisión estimulada. En esta tesis, se demuestra que STED continuo (CW) también es posible utilizando longitudes de onda de STED ubicadas en el máximo deemisión, donde la sección eficaz de emisión estimulada puede ser hasta 10 veces mayor. Comoresultado, es posible obtener imágenes de STED utilizando potencias proporcionalmentemenores. Además, fluoróforos que se consideraban inadecuados para ciertas configuracionesespectrales de nanoscopía STED, pueden ser utilizables.
Abstract:
Since the studies made by Ernst Abbe, by the end of the XIXth century, it was acceptedthat far field optical microscopy had a limit in its spatial resolution: objects foundcloser together than half the wavelength of the light used would not be distinguished apart. However, in the last two decades, a number of techniques based on fluorescence have beendeveloped, that keep all the advantages of far-field optical microscopy and provide spatialresolution only limited by the size of the fluorescent marker. These techniques are calledsuper-resolution fluorescence microscopies or fluorescence nanoscopies and they involve thetransition between molecular states of the fluorophores that allow or not fluorescence emission. Particularly, in STED (Stimulated Emission Depletion) nanoscopy, this transition isproduced by stimulated emission depletion, in order to disable fluorophores in controlledregions of space and thereby reduce the effective volume of observation. In the framework of this thesis, and supported by a formal and active collaboration with Stefan W. Hell (Department of NanoBiophotonics, Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen, Germany), awarded in 2014 with the Nobel Prize in Chemistry for hispioneering work in fluorescence nanoscopies, the first STED nanoscope of Argentina was built (Grupo de Nanofísica Aplicada, Centro de Investigaciones en Bionanociencias (CIBION), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires (BA), Argentina). The STED nanoscope was applied to investigate and elucidate biophysical questions withnanometric resolution. In interdisciplinary collaborations it was studied: (a) the organizationof proteins in the membrane of Trypanosoma cruzi, in collaboration with the Group of Molecular Immunology, Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (IIB), Universidad Nacionalde San Martín (UNSAM), CONICET, BA, Argentina; (b) processes of cytoskeletonrestructuring in growth cones during neuronal polarization, in collaboration with the Laboratoryof Neurobiology, Instituto de Investigación Médica de Córdoba (INIMEC), CONICET, Córdoba, Argentina; and (c) the formation and stability of periodic structures of actin inthe process of axonal degeneration, in collaboration with the Laboratory of Neurobiology, INIMEC, CONICET, Córdoba, Argentina and the Group of Molecular Neurobiology, Institutode Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBIOBA), CONICET, BA, Argentina. Also, a new implementation scheme of STED nanoscopy was developed, which expandsconsiderably its field of application. Generally, light of a wavelength located in the far-red zone of the emission spectrum of the fluorophore is used to induce stimulated emission. In thisthesis, it is shown that continuous wave STED (CW), is also feasible using STED wavelengthslocated at the maximum of emission, where the stimulated emission cross section can be up to 10 times higher. As a result, super-resolved STED images are obtained using proportionallyless power. Also, fluorophores considered unsuitable for certain spectral configurations of STED nanoscopy, may become usable with this scheme.
Citación:
---------- APA ----------
Bordenave, Martín Diego. (2016). Mediciones con resolución nanométrica mediante depleción por emisión estimulada. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6095_Bordenave
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Bordenave, Martín Diego. "Mediciones con resolución nanométrica mediante depleción por emisión estimulada". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2016.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6095_Bordenave
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