携手健康网携手健康网

显微镜技术的结合使图像清晰两倍

代尔夫特理工大学的研究人员结合了两种现有的超分辨率显微技术,以创建一种新方法。许多专家认为结合这些技术在技术上是不可能的。新的组合方法使研究人员能够比以往更好地可视化活细胞的微小组成部分。除其他外,这可以带来医疗保健方面的新见解。

超分辨率显微镜是一项开创性的技术,可让研究人员观察活细胞内部。该技术利用了在水母和其他生物中发现的荧光蛋白。研究人员可以利用基因编辑将这些荧光蛋白附着在分子上。

在这种蛋白质上照射激光会使它不久后发出一点光。灵敏的传感器捕获光信号,并借助从噪声中滤除有价值数据的算法,研究人员可以使用这些数据来构建图片。超分辨率显微镜的发展是一个巨大的飞跃。研究人员Sjoerd Stallinga说:“使用普通的光学显微镜,您可以创建约半微米的图像。” “使用超高分辨率显微镜,您可以做的十倍。”

进一步提炼

在过去的十年中,超分辨率显微镜领域发展迅速。2008年,该领域的三位顶尖研究人员因发现和进一步开发了发光绿色荧光蛋白(GFP)而获得了诺贝尔化学奖。2014年,其他三位研究人员因在“超分辨率显微镜”中使用这些蛋白质而获得了诺贝尔奖。从那时起,来自世界各地的专家一直在寻找进一步完善该技术的方法。这是一场真正的低谷竞赛。

目前,超分辨率显微镜内有两种方法。在第一种方法中,称为单分子定位显微镜(SMLM),研究人员确保分子随机打开或关闭。“大多数时候它们都关闭,但有时它们会亮起来,” Stallinga解释说。“制作视频时,您会看到闪闪发光的星空,其中每颗恒星都是一个分子的光点。由于仅偶尔打开不同的分子,因此您可以非常精确地确定它们的位置。在整部电影中,您都可以重建正在寻找的细胞结构。”

SMLM的局限性是分子中仅释放数百至数千的光子。通过比较的方式:当您用自己的双手看时,撞击视网膜的光子数量约为1,000,000,000,000,000,000。研究人员卡拉斯·史密斯说:“我们问自己的问题是:我们如何更好地利用荧光分子发出的少量光?”

这就是超分辨率显微镜的第二种方法的出现。使用这种方法,结构照明显微镜(SIM)研究人员将激光建模为非常暗的明暗条纹图案。然后,他们将该图案投影到样本上。史密斯解释说:“如果一个分子处于光柱中,我们就会激发它,并且它开始发射光子,从而使我们看到它。但是,如果该分子处于黑暗区域中,我们就看不到它。” “通过将带有水平和垂直条纹的浅色图案放置在样品顶部,并前后移动该图案,我们可以非常精确地确定分子的位置。

三个维度

经过大量的理论和实践工作,代尔夫特大学的研究人员成功地将SMLM和SIM这两种技术结合在一起。他们称他们的新技术为SIMFLUX。为了证明该方法有效,研究人员对人工产生的DNA结构进行了成像。研究人员伯恩德·里格(Bernd Rieger)说:“我们花了一年时间才能真正看到细胞内部。” 这些努力清晰地描绘了蛋白质丝和蛋白质管,它们共同构成了细胞的骨架:所谓的细胞骨架。

新方法是向前迈出的重要一步。它使研究人员可以放大5到10纳米之间的结构,约为现有SMLM方法的两倍。还有改善的空间吗?大概是这样。里格说:“合理的下一步是制作三维图像。” “这是另一个巨大的挑战,但是我们已经有了一些想法。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。