【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】光學(xué)顯微鏡自1590年由荷蘭詹森父子創(chuàng)制伊始，即成為生命科學(xué)重要的研究工具之一。進入21世紀，借助熒光分子，科學(xué)家將光學(xué)顯微鏡的分辨率提高了一個數(shù)量級，由約一半光波波長(250 nm)拓展至幾十納米，并興起了超高分辨熒光成像技術(shù)，用于“看到”精細的亞細胞結(jié)構(gòu)和生物大分子定位，相關(guān)工作榮膺2014年諾貝爾化學(xué)獎。
 

　　9月9日，Nature Methods 雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院生物物理研究所研究員徐濤研究組與科學(xué)研究平臺正工程師紀偉研發(fā)團隊合作的研究論文，題為Molecular resolution imaging by repetitive optical selective exposure，為超高分辨光學(xué)顯微鏡家族再添新成員，使顯微鏡分辨率進一步被突破。該工作提出了一種基于激光干涉條紋定位成像的新技術(shù)，并據(jù)此研制出新型單分子干涉定位顯微鏡(Repetitive Optical Selective Exposure, ROSE)，將熒光顯微鏡分辨率提升至3 nm以內(nèi)的分子尺度，單分子定位精度接近1 nm，可以分辨點距為5 nm的DNA origami(DNA 折紙)結(jié)構(gòu)。
 

　　所謂干涉定位，是指采用不同方向和相位的激光干涉條紋激發(fā)熒光分子，熒光分子的發(fā)光強度與其所處條紋的相位有關(guān)，該技術(shù)即是通過熒光分子強度與干涉條紋的相位關(guān)系，來確定熒光分子的位置。為降低單分子發(fā)光時的閃爍和漂白對亮度和定位精度產(chǎn)生的不良影響，研發(fā)團隊對顯微鏡光路進行了創(chuàng)造性的設(shè)計，分別為：基于電光調(diào)制器的干涉條紋快速切換激發(fā)光路，基于諧振振鏡掃描的6組共軛成像光路，兩種光路的同步實現(xiàn)了高達8 kHz的分時成像，確保在相機的單次曝光時間里把每個單分子發(fā)光狀態(tài)均勻分配給6個干涉條紋，有效避免了熒光分子發(fā)光能力波動對定位精度的干擾。
 

　　研發(fā)團隊利用該技術(shù)對不同熒光位點間距的DNA origami陣列進行驗證測試，證明干涉成像分辨率達到了3 nm的分子水平，可以解析5 nm的DNA origami陣列。后續(xù)的細胞實驗結(jié)果顯示，該技術(shù)在免疫標記的微管、CCP(clathrin coated pits，網(wǎng)格蛋白有被小窩)以及較致密的細胞骨架成像時展現(xiàn)出良好性能，該技術(shù)將為進一步解析精細亞細胞的組分和生物大分子的納米結(jié)構(gòu)提供有力工具。
 

　　徐濤領(lǐng)銜的儀器研發(fā)團隊近年來致力于顯微成像儀器設(shè)備和技術(shù)方法的研究和開發(fā)，先后研制出偏振單分子干涉成像、冷凍單分子定位成像以及超分辨光電融合成像系統(tǒng)，開發(fā)了新的超分辨顯微成像算法、探針和技術(shù)，申請了多項發(fā)明，上述成果被廣泛應(yīng)用于細胞生物學(xué)相關(guān)研究，支撐團隊與合作者在該領(lǐng)域取得了系統(tǒng)性成果產(chǎn)出。
 

　　徐濤和紀偉為該文章的共同通訊作者。該工作受到中科院科研儀器設(shè)備研制項目、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金以及北京市科技計劃等的資助。