【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】顯微光學(xué)成像，通常也稱"光學(xué)顯微成像"，或"光學(xué)顯微術(shù)"(Optical Microscopy，或Light Microscopy)，是指透過樣品或從樣品反射回來的可見光，通過一個或多個透鏡后，能夠得到微小樣品的放大圖像的技術(shù)。所得圖像可以通過目鏡直接用眼睛觀察，也可以用感光板或數(shù)字化圖像探測器如CCD、CMOS進(jìn)行記錄，還可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示和分析處理。
 

　　光學(xué)顯微術(shù)對無色透明樣品無法直接成像的原因在于樣品不改變照明光的強(qiáng)度分布，但實(shí)際上這些樣品由于厚度和折射率的差異會改變照明光場的相位分布，只是由于人眼和探測器僅對強(qiáng)度敏感，不能直接記錄相位信息。
 

　　因此，假如能把照明光場經(jīng)過樣品后的相位改變量的分布轉(zhuǎn)化成光強(qiáng)分布，就能夠?qū)崿F(xiàn)對這種樣品(通常稱為"相位"樣品)的成像，這種技術(shù)稱為"相襯法"，用于光學(xué)顯微術(shù)中則形成了各種"相襯顯微術(shù)"。
 

　　“工欲善其事，必先利其器”。探尋生命的奧秘，首先需要看得足夠清楚。然而由于光學(xué)衍射極限的限制，常規(guī)的熒光顯微鏡難以對精細(xì)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生物分子進(jìn)行分辨。近年來，科學(xué)家們通過對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)制，開發(fā)出多種超分辨熒光成像技術(shù)，使人們能夠看清在200 nm以內(nèi)的生物分子。不過這些技術(shù)通常依賴于昂貴的儀器和精密的算法，而且在組織樣品中的成像性能一般。
 

　　近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院、北大合成與功能生物分子中心、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心陳興課題組在Nature Methods雜志以Article形式在線發(fā)表了題為“Click-ExM enables expansion microscopy for all biomolecules”的研究論文，報(bào)道了基于點(diǎn)擊化學(xué)的膨脹顯微成像技術(shù)(Click-ExM)，提供了一種通用、便捷的方法對各種生物分子進(jìn)行超分辨熒光成像。
 

　　Click-ExM的設(shè)計(jì)理念是利用帶有生物正交官能團(tuán)(如疊氮、炔基等)的化學(xué)探針對細(xì)胞進(jìn)行代謝標(biāo)記，通過點(diǎn)擊化學(xué)連接上生物素，再基于生物素與鏈霉親和素相互作用，終將被標(biāo)記的生物分子轉(zhuǎn)變?yōu)榕歼B熒光分子的鏈霉親和素。偶連熒光分子的鏈霉親和素在其中起到了三方面作用：識別生物分子、報(bào)告熒光信號、錨定到凝膠中。
 

　　研究者采用了18種含有生物正交官能團(tuán)的化學(xué)探針，對脂質(zhì)、聚糖、蛋白質(zhì)、核酸、小分子等多種生物分子進(jìn)行click-ExM成像，并將該技術(shù)應(yīng)用于原代細(xì)胞和腦組織切片等生物體系中，其中實(shí)現(xiàn)了對多種脂質(zhì)、聚糖以及小分子的ExM成像。同時，由于click-ExM技術(shù)與傳統(tǒng)的ExM流程兼容，因此可與多種現(xiàn)有的標(biāo)記方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多色熒光成像。
 

　　此外，由于樣品膨脹會稀釋熒光分子的濃度，研究者還利用鏈霉親和素的多價(jià)相互作用，開發(fā)出信號放大策略，有助于成像低豐度的生物分子。值得一提的是，click-ExM技術(shù)中各步均為模塊化設(shè)計(jì)，且大部分化學(xué)試劑可商業(yè)化購買，不需要繁瑣的化學(xué)合成和步驟優(yōu)化，因此有希望被廣泛應(yīng)用于后續(xù)的生物學(xué)研究中。
 

　　總之，該工作利用了前沿的化學(xué)生物學(xué)手段，建立了一種通用型的ExM技術(shù)：click-ExM，并拓展了其在超分辨熒光成像領(lǐng)域中的應(yīng)用。
 

　　據(jù)悉，陳興教授為本研究論文的通訊作者，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院2016級博士研究生孫德恩為第一作者。