浙大科学家提出三维光学超分辩成像新方法
来源:姚晨网 发表于2019-07-09 07:09:53 编辑:姚劲波
摘要: 翻开活细胞调查新视野 发布时刻:2019-12-10来历:浙大新闻办 作者:柯溢能 卢绍庆3827 近来,浙江大学光电科学与工程学院刘旭教授和匡翠方教授课题组提

 

浙大科学家提出三维光学超分辩成像新方法

 

浙大科学家提出三维光学超分辩成像新方法

 

浙大科学家提出三维光学超分辩成像新方法

 

浙大科学家提出三维光学超分辩成像新方法

翻开活细胞调查新视野

发布时刻:2019-12-10来历:浙大新闻办 作者:柯溢能 卢绍庆3827

 

近来,浙江大学光电科学与工程学院刘旭教授和匡翠方教授课题组提出了一种新颖的光学成像技能——多视点干与显微镜(MAIM),完成了对生物体内活细胞的多色、长时程、高速和三维超分辩成像,为微管、内质网、线粒体和细胞膜等亚细胞器的生物动力学剖析供给了有力的研讨东西。这项研讨宣布在闻名期刊《天然·通讯》上。

研讨从诺贝尔奖开端

沈复在《浮生六记》中曾写道,余忆幼稚时,能张目对日,明察秋毫,见渺小之物必细察其纹路,故时有物外之趣。

到了现代社会,要看清楚微观世界,人们研讨出了显微镜。

2019年的诺贝尔化学奖颁发给了超分辩荧光显微技能的发明者,这一技能使用特定的荧光染料完成光学的超分辩,打破衍射极限,抵达200纳米以下的标准。科学家们能够经过光学显微镜,看到细胞的精细结构。但是,这项技能也有自己的坏处,比如对荧光染料有特别的擦除或许开关效应要求,或需求获取成百上千张原始图画以重构超分辩图画,因而成像时刻较长。短则十几秒,长则几十分钟才干取得一张超分辩图画,关于捕捉活细胞的运动瞬间依旧困难重重。

与此一起,现有超分辩显微还有一个较大的瓶颈是,在大多数情况下,成像需求很强的激发光,这对细胞,尤其是活细胞来说很不友爱,常常会将细胞杀死。并且强光照耀也会导致荧光分子被快速漂白,无法对活细胞进行长时程成像。

因而,怎么躲避现有的瓶颈,捕捉到活体状态下亚细胞、蛋白的运动,成为了课题组要霸占的难题。

看见一个新世界探寻生命的原理

课题组提出了一种根据非共轴干与体系的新式光学成像技能(体系图如图1所示)。该办法结合了结构光照明显微技能和多视点全内反射照明显微技能,适用于任何荧光染料标记下的超分辩成像。

图1 MAIM体系示意图,该体系主要由两套扫描振镜构成,用于操控照明光束的入射角和方位角,完成变视点倏失场照明下的结构光成像。

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惯例光学显微镜的分辩率具有极限,在可见光照明区域,横向极限分辩率是成像光波长的一半(250-300纳米) , 轴向上500-600纳米。而结构光照明显微技能只将横向和轴向分辩率上提高了一倍。课题组奇妙地把多视点全内反射照明引进到结构光照明显微技能中,完成了横向分辩率~100纳米,轴向分辩率~40纳米的三维超分辩成像。

在成像速度提高方面,课题组经过使用变视点倏失场照明下的结构光成像,并结合核算成像模型,使得三维成像速度大大提高。一起因为所需光剂量低,成像速度快,减少了荧光漂白,有利于长时程观测。对活细胞内线粒体和微管的成像成果如图2所示,提醒了它们的三维动态改变。

图2 活细胞内线粒体(a,b)和微管(c,d)试验成果。(a,c)横向超分辩和衍射受限的低分辩成像成果;(b,d)三维超分辩动态成像成果(色彩代表轴向信息)。

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负责人刘旭教授介绍,对细胞膜邻近的细胞器进行三维快速超分辩成像,能够为亚细胞研讨供给或许,提醒生命内涵规则。对此,刘旭教授举了如下比如:曩昔进行药物作用试验,大多只能经过全体的成果研讨来了解药物效果,而无法研讨药物是怎么穿透细胞膜,怎么运动以及怎么相互作用的。未来就可经过MAIM显微镜,了解这些动态进程,然后大大提高各种研讨的功率。这一新颖的成像技能现已研制成仪器,正在产业化。

本项研讨的合作单位包含中北大学和华中科技大学,研讨得到科技部973项目和国家天然科学基金委员会严重仪器等项目的赞助。

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原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-07244-4

部分图片由课题组供给

(文 柯溢能/拍摄 卢绍庆)

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