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　　工學(xué)院席鵬課題組在超分辨顯微方面取得突破

　　鏡子或許是人類最早發(fā)明的光學(xué)器件。迄今為止，它仍然在人們的日常生活中扮演著重要作用。通過(guò)將一個(gè)簡(jiǎn)單的反射面引入生物顯微樣品中，工學(xué)院席鵬">席鵬課題組解決了一個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)困擾科學(xué)工作者的問(wèn)題：將顯微鏡的三個(gè)維度的分辨率同時(shí)提升，以便對(duì)細(xì)胞進(jìn)行更好的觀察。

　　這一新技術(shù)巧妙地利用了光的干涉，當(dāng)光在到達(dá)鏡面后，反射波會(huì)和入射波形成一層100納米的干涉層，將成像平面約束在其中。這一技術(shù)所達(dá)到的軸向分辨率比傳統(tǒng)的共聚焦等技術(shù)提升了6倍。這一技術(shù)被稱作MEANS。它與TIRF技術(shù)形成了互補(bǔ)，可以將處于細(xì)胞不同層面的精細(xì)結(jié)構(gòu)清晰地顯示出來(lái)。

　　通常顯微鏡的分辨率在水平方向較高，而軸向較低。通過(guò)干涉，該技術(shù)將軸向分辨率降低到了100nm的水平，甚至超過(guò)了水平分辨率。這一工作近日發(fā)表在Nature 旗下的Light: Science & Applications，作者來(lái)自北京大學(xué)、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院和澳大利亞悉尼技術(shù)大學(xué)。

　　本文的合作者之一，悉尼技術(shù)大學(xué)的金大勇教授在采訪中提到：“這一簡(jiǎn)單的技術(shù)使得我們能夠看清楚過(guò)去在細(xì)胞中無(wú)法看清的事物。一個(gè)細(xì)胞是10微米大小的球體，在它里面一個(gè)細(xì)胞核大約5微米左右，其上布滿了小小的叫做核孔蛋白的物質(zhì)。這些核孔蛋白就像一道道閘門(mén)，用于調(diào)控信使生物大分子，其大小約在十五分之一到二十分之一個(gè)微米的大小。MEANS超分辨技術(shù)讓我們能夠看清這些微孔的精細(xì)結(jié)構(gòu)?！?/p>

　　北京大學(xué)席鵬">席鵬副教授提到：“在過(guò)去，生命學(xué)家觀察到的視野被光學(xué)顯微鏡的水平和軸向分辨率所限制。這就好比閱讀一疊打印在透明塑料上的報(bào)紙一樣，很多層被疊在一起。通過(guò)在樣品下面放置鏡面形成一個(gè)極薄的干涉層，我們能夠?qū)⒊上衿矫婕s束在其中，因此每張報(bào)紙上的字跡就變得更加清楚了?！彼瑫r(shí)提到，通過(guò)干涉可提升電磁場(chǎng)的強(qiáng)度，因此能夠進(jìn)一步增強(qiáng)超分辨顯微的水平分辨率，用于解析細(xì)胞核孔和人類呼吸道合胞體病毒的精細(xì)結(jié)構(gòu)?！袄眠@一簡(jiǎn)單而有力的武器，生命學(xué)家將能夠攻克一些過(guò)去由于分辨率限制而無(wú)法準(zhǔn)確分辨的問(wèn)題?！毕i">席鵬指出。

　　雖然MEANS對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的要求非常小，在鏡子上生長(zhǎng)樣品并不是常規(guī)的樣品制備過(guò)程，因此需要廣泛的合作。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系的Philip J. Santangelo教授團(tuán)隊(duì)是本文的重要合作者，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一系列細(xì)胞和病毒染色的技術(shù)。相關(guān)的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)由佐治亞理工學(xué)院的博士生Eric Alonas，和北京大學(xué)-佐治亞理工學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士謝浩共同開(kāi)發(fā)完成。

　　MEANS可以與幾乎所有共聚焦技術(shù)完美地結(jié)合。與STED超分辨技術(shù)結(jié)合后，MEANS不僅能夠提升STED的軸向分辨率，同時(shí)能夠在不增加光強(qiáng)的前提下，使STED分辨率提升2倍。由于生物樣品不能在高光強(qiáng)下工作，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于生命科學(xué)的應(yīng)用至關(guān)重要。該工作展示了經(jīng)MEANS增強(qiáng)的STED達(dá)到了19nm 的分辨率，這也是STED超分辨率在生物樣品上達(dá)到的最高紀(jì)錄。

　　由于該工作的合作者分別來(lái)自中國(guó)、美國(guó)和澳大利亞，時(shí)間上的配合對(duì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。但所有合作者都認(rèn)為克服時(shí)差困難，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域合作是非常值得的付出。

　　悉尼技術(shù)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)材料和儀器中心的主任金大勇教授指出：“發(fā)展鏡面增強(qiáng)的超分辨技術(shù)的歷程向我們生動(dòng)地展示了國(guó)際化、多學(xué)科合作研究能夠帶來(lái)的豐厚成果。(這一技術(shù))對(duì)于我們團(tuán)隊(duì)，乃至整個(gè)顯微領(lǐng)域都是一項(xiàng)重要的成就，能夠與團(tuán)隊(duì)各成員并肩作戰(zhàn)我深感榮幸。”

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