它可以使微小的細(xì)胞結(jié)構(gòu)可見：尖端光學(xué)顯微鏡提供十分之幾納米的分辨率，換句話說為百萬分之一毫米。到目前為止，超分辨率顯微鏡比傳統(tǒng)方法慢得多，因?yàn)楸仨氂涗浉嗷蚋?xì)的圖像數(shù)據(jù)。與耶拿的合作伙伴一起，比勒費(fèi)爾德大學(xué)科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)一步開發(fā)了超分辨率SR-SIM過程。學(xué)者們表明，SR-SIM也可以實(shí)時(shí)和非常高的成像速率，因此適合于觀察非常小的細(xì)胞顆粒運(yùn)動(dòng)，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然通訊》上。
比勒費(fèi)爾德大學(xué)生物分子物理工作組負(fù)責(zé)人托馬斯·胡澤教授說：這就是這種顯微鏡在生物學(xué)或醫(yī)學(xué)應(yīng)用中真正有用的地方。目前的問題是，提供足夠高分辨率的顯微鏡無法以相應(yīng)的速度顯示信息。SR-SIM項(xiàng)目由德國(guó)研究基金會(huì)(DFG)和歐盟通過Marie Sk?Odowska-Curie Actions提供資金。SR-SIM代表“超分辨率結(jié)構(gòu)照明顯微術(shù)”，是一種熒光顯微術(shù)。物體被激光照射，這種光激發(fā)樣品中的特殊熒光分子，使它們以不同的波長(zhǎng)重新發(fā)射光。然后顯微鏡圖像顯示重新發(fā)射的光，與其他傳統(tǒng)的熒光顯微鏡方法不同。
SR-SIM不會(huì)均勻地照亮樣品，而是具有精細(xì)的網(wǎng)格狀圖案，這種特殊技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的分辨率。該過程包括兩個(gè)步驟：首先將樣品重新發(fā)射的光記錄在幾個(gè)單獨(dú)圖像中。比勒菲爾德大學(xué)生物分子物理工作組的成員，也是這項(xiàng)研究的主要作者安德烈亞斯·馬克維思(Andreas Markwirth)說：然后在計(jì)算機(jī)上根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)重建完成的圖像，尤其是第二步，到目前為止已經(jīng)花費(fèi)了大量時(shí)間。因此，比勒費(fèi)爾德大學(xué)研究人員與萊布尼茨光子技術(shù)研究所和耶拿弗里德里希·席勒大學(xué)的Rainer Heintzmann教授合作，加快了這一研究過程，現(xiàn)在設(shè)計(jì)的顯微鏡可以更快地生成原始數(shù)據(jù)。
此外，由于在現(xiàn)代圖形卡上使用并行計(jì)算機(jī)處理，圖像重建花費(fèi)的時(shí)間大大減少。在研究中，研究人員在生物細(xì)胞上測(cè)試了新方法，并記錄了線粒體的運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞器的大小約為一微米。Markwirth表示：我們已經(jīng)能夠產(chǎn)生大約每秒60幀，比電影更高的幀速率。測(cè)量和圖像之間的時(shí)間不到250毫秒，所以這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)記錄。到目前為止，超分辨率方法經(jīng)常與常規(guī)方法相結(jié)合：傳統(tǒng)的快速顯微鏡用于首先發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。然后可以使用超分辨率顯微鏡詳細(xì)檢查這些結(jié)構(gòu)。然而，有些結(jié)構(gòu)太小了，以至于用常規(guī)顯微鏡無法發(fā)現(xiàn)，例如肝細(xì)胞中的特定孔隙。
該新方法既高分辨率又快速，這使得生物學(xué)家能夠探索這樣的結(jié)構(gòu)。新顯微鏡的另一個(gè)應(yīng)用是研究病毒顆粒通過細(xì)胞的方式。這使我們能夠準(zhǔn)確地了解感染過程中發(fā)生的情況。超分辨率顯微鏡只有大約20年的歷史。1873年Ernst Abbe發(fā)現(xiàn)可見光的光學(xué)系統(tǒng)分辨率被限制在大約250納米。然而，近年來，已經(jīng)開發(fā)了幾種光學(xué)方法來打破已被稱為阿貝衍射極限屏障。2014年來自美國(guó)的威廉·E·莫爾納(William E.Moerner)和埃里克·貝齊格(Eric Betzig)以及德國(guó)的Stefan Hell因開發(fā)出約20至30納米的超分辨率而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
博科園｜研究/來自：比勒費(fèi)爾德大學(xué)
參考期刊《自然通訊》
DOI: 10.1038/s41467-019-12165-x
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