دانشمندان دانشگاه کاليفرنياي جنوبي براي يك سيستم زيستي از روش تصويربرداري جديدي در مقياس نانو استفاده كرده‌اند که به حل يک معماي قديمي در مورد چرخه جهاني نيتروژن و کربن کمک مي‌کند. 

دستگاه طيف‌سنجي جرمي يون‌هاي ثانويه در مقياس نانو (NanoSIMS)، مي‌تواند مقادير بسيار اندکي از عناصر شيميايي را اندازه‌گيري و تصويربرداري کند. کاپون و نلسون از استادان زيست‌شناسي و زمين‌شناسي دانشگاه کاليفرنيا، از دستگاه NanoSIMS براي پيگيري سير کربن و نيتروژن درون دو نوع از سلول‌هاي موجود در يک موجود زنده كه در آب‌هاي شيرين به نامAnabaena oscillarioides است، استفاده کردند.

کاپون مي‌گويد:« اين دستگاه به ما اجازه مي‌دهد تا از نزديک مشاهده کنيم كه چگونه اين دو عنصر در اين سلول‌ها جمع شده و پيرامون آنها انتقال مي‌يابند. همچنين ما مي‌توانيم تا با تفکيک بسيار بالا از عناصر تصويربرداري کنيم. اين موجود زنده هر دو عنصر کربن و نيتروژن را از طريق اتمسفر جذب و تثبيت مي‌کند.

براي چندين دهه، زيست‌شناسان از اينکه چه‌طور اين موجود زنده مي‌تواند هر دو عنصر را تثبيت کند شگفت زده بودند؛ زيرا تثبيت کربن با توليد اکسيژن از طريق فرايند فتوسنتز همراه است، اين در حالي است که تثبيت نيتروژن به محيطي عاري از اکسيژن نياز دارد.

مطالعات قبلي نشان داده‌اند که برخي از سلول‌هاي فتوسنتزکننده مي‌توانند به هتروسيست‌ها (واسطه‌هايي با ديواره ضخيم که ضمن فرايند تثبيت نيتروژن اکسيژن توليد نمي‌کنند) تبديل شوند.

اين محققان با استفاده از NanoSIMS نيتروژن را هنگام تثبيت در هتروسيست‌ها و انتقال آن به سلول‌هاي ديگر که نيتروژن براي آنها يک ماده غذايي به حساب مي‌آيد رديابي کردند. آنها همچنين قادر به مشاهدة اشتقاقات بودند: با رشد موجود زنده غلظت نيتروژن در آن به ميزاني کمتر از حد آستانه افت مي‌کند. اين افت ميزان نيتروژن فرآيندي را آغاز مي‌کند که طي آن سلول به يک هتروسيست تبديل مي‌شود.

نلسون معتقد است که NanoSIMS کاربردهاي عمومي در زيست‌شناسي و تحقيقات پزشکي پيدا خواهد کرد.

اين فناوري، مشاهداتي از ترکيب شيميايي در يک دوره زماني ايجاد مي‌کند و همچون يک ميکروسکوپ الکتروني به پژوهشگران اجازه مي‌دهد تا تصاوير فيزيکي و شيميايي را تحت پوشش قرار دهند.

همچنين مي‌توان با استفاده از اين فناوري فرايندهايي که درون سلول در حال رخ دادن است را مشاهده كرد. قابليت تصويربرداري ساختاري به‌وسيلة NanoSIMS ، اين امكان را به پژوهشگران مي‌دهد تا بر روي عمل متابوليکي در انواع سلول‌هاي مجزا، مراحل متفاوت تکامل در سلول‌ها و بررسي سلول‌هاي سرطاني در مقابل سلول‌هاي غير سرطاني را مطالعه کنند.