太好了，可用于3D細(xì)胞成像，發(fā)明新型光譜納米成像方法

西北大學(xué)科學(xué)家開發(fā)了一種進(jìn)行光譜納米成像觀察的新方法，這種方法可以幫助研究人員了解更復(fù)雜的生物分子相互作用，并在單分子水平上表征細(xì)胞和疾病。這個名為不對稱分散光譜單分子定位顯微鏡(SDsSMLM)的新系統(tǒng)，建立在麥考密克工程學(xué)院開發(fā)的現(xiàn)有sSMLM技術(shù)基礎(chǔ)上，以提供更精確的光譜單分子分析，以研究某些癌癥或糖尿病視網(wǎng)膜病變等疾病背后的細(xì)胞在其局部環(huán)境中的功能。

目前的光譜單分子定位顯微技術(shù)同時實(shí)現(xiàn)了超分辨成像和單分子光譜，但是現(xiàn)有單分子光學(xué)顯微鏡設(shè)計(jì)存在成像分辨率和光譜精度降低的問題。這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)將有限數(shù)量的發(fā)射光子（透射電磁光的原子粒子）分成兩個獨(dú)立的通道，用于空間和光譜成像。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的生物醫(yī)學(xué)工程教授張浩(音譯)說：我們不應(yīng)該滿足于只知道一個特定的分子在哪里，或者許多分子在哪里，而不區(qū)分它們的性質(zhì)。

新研究方法使科學(xué)家能夠充分利用每個發(fā)射的所有光子進(jìn)行空間成像和光譜分析。因此，與現(xiàn)有分散光譜單分子定位顯微鏡技術(shù)相比，顯著提高了空間成像分辨率和光譜精度，其研究成果發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》期刊上。與現(xiàn)有分散光譜單分子定位顯微鏡方法不同，新的顯微鏡通常使用1：3的比例在空間和光譜通道之間分割照片，分散光譜單分子定位顯微鏡將所有可用的照片提交給創(chuàng)建兩個鏡像光譜圖像。

這種方法以盡可能高的分辨率提取光譜信息。此外，由于圖像是對稱的，研究人員仍然可以通過識別兩幅光譜圖像之間的中點(diǎn)來識別空間信息。研究人員發(fā)現(xiàn)，與使用相同數(shù)量照片的現(xiàn)有sSMLM相比，分散光譜單分子定位顯微鏡將空間精度提高了42%，光譜精度提高了10%。在現(xiàn)有sSMLM技術(shù)中，光譜圖像中的空間信息被完全忽略了。

這種方法使科學(xué)家能夠?qū)⑺锌捎玫墓庾討?yīng)用于光譜分析，以提高分辨率極限，同時還可以獲得空間成像。當(dāng)與光譜單分子成像技術(shù)結(jié)合使用時，分散光譜單分子定位顯微鏡可用于3D細(xì)胞成像，這是細(xì)胞生物學(xué)和材料科學(xué)中的一種基本工具，使研究人員能夠跟蹤細(xì)胞在其環(huán)境中如何相互作用。這項(xiàng)技術(shù)適用于所有分子，不管發(fā)射光譜和微小的光譜變化，甚至在同一種分子之間也是如此。

隨著空間分辨率和光譜精度的提高，sSMLM將在細(xì)胞內(nèi)的多分子成像以及生物和化學(xué)研究中對單個納米粒子三維跟蹤方面找到更廣泛的應(yīng)用。除了該系統(tǒng)的先進(jìn)成像能力外，分散光譜單分子定位顯微鏡的微小性還允許與傳統(tǒng)熒光顯微鏡系統(tǒng)輕松集成和可靠操作。結(jié)合研究人員開發(fā)名為RainbowSTORM的開源插件，研究人員希望生物研究界的其他成員，能將這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)納入研究工作中，設(shè)計(jì)是獨(dú)立的，可以安裝在大多數(shù)顯微鏡系統(tǒng)上。

博科園｜研究/來自：西北大學(xué)

研究發(fā)表期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》

DOI: 10.1038/s41377-020-0333-9

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