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吉林省科技廳近日啟動(dòng)省級(jí)臨床醫(yī)學(xué)研究中心建設(shè)[詳細(xì)]
我國(guó)科學(xué)家開發(fā)出納米級(jí)三維各向同性超分辨顯微鏡
2025年12月04日 09:36:47
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：2124
這項(xiàng)技術(shù)通過設(shè)計(jì)基于光電偏轉(zhuǎn)器的高速切換照明光路，在X、Y、Z三個(gè)方向同時(shí)引入干涉光，并實(shí)現(xiàn)了小于1微秒的干涉條紋切換時(shí)間。
近日，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所研究團(tuán)隊(duì)，研制出三維干涉定位顯微鏡(ROSE-3D)，并在單分子定位成像領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了基于相機(jī)的納米尺度三維各向同性分辨率。團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)基于光電偏轉(zhuǎn)器的高速切換照明光路，使ROSE-3D在X、Y、Z三個(gè)方向同時(shí)引入干涉光，實(shí)現(xiàn)了小于1微秒的干涉條紋切換時(shí)間。
傳統(tǒng)熒光顯微鏡的分辨率受光學(xué)衍射特性的限制，最高只能達(dá)到約250納米，無法滿足在更精細(xì)尺度上觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的需求。超分辨熒光顯微技術(shù)的出現(xiàn)突破了這一限制，使研究人員能夠在納米尺度觀察細(xì)胞和生物分子，該技術(shù)也因此在2014年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
單分子定位顯微鏡作為超分辨技術(shù)的代表，通常能夠?qū)崿F(xiàn)橫向20納米、軸向50納米的分辨率，相比傳統(tǒng)熒光顯微鏡提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。但它存在一個(gè)根本性問題：軸向分辨率顯著低于橫向分辨率。當(dāng)成像深度超過一定范圍時(shí)，樣品內(nèi)部復(fù)雜的生物和光學(xué)環(huán)境會(huì)引起點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)畸變，導(dǎo)致軸向定位信息嚴(yán)重缺失，定位精度迅速惡化。
面對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士課題組與紀(jì)偉課題組研制出三維干涉定位顯微鏡(ROSE-3D)。這項(xiàng)技術(shù)通過設(shè)計(jì)基于光電偏轉(zhuǎn)器的高速切換照明光路，在X、Y、Z三個(gè)方向同時(shí)引入干涉光，并實(shí)現(xiàn)了小于1微秒的干涉條紋切換時(shí)間。ROSE-3D采用干涉定位方法，擺脫了對(duì)單分子形狀的依賴。它利用干涉產(chǎn)生的條紋對(duì)單分子熒光進(jìn)行編碼，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)分子的三維高精度定位。這種創(chuàng)新方法突破了傳統(tǒng)超分辨成像分辨率各向異性的瓶頸。
ROSE-3D在技術(shù)性能上實(shí)現(xiàn)了顯著突破，其核心優(yōu)勢(shì)在于首次在單分子定位成像領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了基于相機(jī)的納米尺度三維各向同性分辨率。與傳統(tǒng)基于柱面鏡成像的方法相比，ROSE-3D表現(xiàn)出卓越的定位精度提升。對(duì)于聚焦良好的分子，ROSE-3D將橫向定位精度提高了2倍，軸向精度提高了3.5倍。在離焦條件下，ROSE-3D的優(yōu)勢(shì)更加明顯：橫向定位精度提高6倍，軸向定位精度提高8倍。
這項(xiàng)技術(shù)的成功研發(fā)，為細(xì)胞原位三維納米結(jié)構(gòu)的研究提供了強(qiáng)有力的工具。它使得科學(xué)家能夠在接近自然狀態(tài)的條件下，以納米分辨率觀察細(xì)胞內(nèi)部各種結(jié)構(gòu)的精細(xì)組織和生物大分子的原位組裝機(jī)制。目前，這項(xiàng)技術(shù)已在懷柔科學(xué)城成功實(shí)現(xiàn)落地轉(zhuǎn)化，助力高端科學(xué)儀器國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
相關(guān)研究成果Molecular-scale isotropic 3D super-resolution microscopy via interference localization于近日發(fā)表在《自然-方法》(Nature Methods)上。
參考資料來源：中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所
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