超高分辨率顯微技術的又一突破：分辨率提高四倍

　　幾個世紀以來，光學顯微鏡的“衍射極限”一直被認為是無法超越的。近年來，科學家們從不同途徑“突破”了這一極限，使人們能夠分辨相距少于200nm的兩個物體。這種超高分辨率顯微技術也因此獲得了2014年諾貝爾化學獎。

　　美國西北大學的研究團隊最近在Nature Communications雜志上發布了超高分辨率顯微技術的重要改良。他們讓這一突破性技術變得更迅速、更簡單、更便宜，還將其分辨率提高了四倍。領導這項研究的張浩（Hao F. Zhang）博士是美國西北大學的生物醫學工程系副教授和眼科學副教授，主要從事生物醫學光學傳感和成像領域研究。他分別于1997年和2000年在上海交大獲得學士與碩士學位，2006年在Texas A&M大學獲博士學位，2006-2007年在華盛頓大學從事博士后研究。

　　“雖然電鏡和掃描探針顯微鏡已經獲得了很大的成功，但我們還需要新的光學成像方法，揭示納米級結構以及發生在納米水平上的理化現象，”張浩博士指出。“我們開發的成像技術應該可以滿足這一要求。”

　　張浩團隊開發的SPLM（spectroscopic photon localization microscopy）技術是一種基于光譜的超高分辨率光學成像平臺，能夠達到亞納米級的分辨率。目前的光譜成像和PLM（photon localization microscopy）技術需要用多個熒光染料來增強顯微圖像的對比度。但這些技術無法區分染料，需要記錄不同波段的多個圖像。

　　研究人員開發的SPLM技術能夠同時表現多種染料，加快多重染色樣本的成像速度。該技術不需要記錄多個波段的圖像，成像過程更加簡單和便宜。“人們需要一系列濾鏡和相機來分離不同顏色的光子并獲取信息，”張浩博士說。“這會相當麻煩，成本也比較高。而我們的SPLM技術不需要濾鏡就能獲得多色圖像。”研究人員相信這一技術適用于從材料科學到生命科學的許多研究領域。

　　現在，超高分辨率顯微技術已經成為了研究細胞膜蛋白的常用方法。許多研究團隊發現自己研究的蛋白在細胞膜中形成了簇，TU Wien的研究人員也遇到了這樣事兒。不過他們最近在Nature Methods雜志上發表文章指出，這些所謂的蛋白簇其實往往是一個閃爍的分子，只不過在超高分辨率顯微成像的時候計算了多次。

　　蛋白質大多不是獨行俠，它們喜歡形成復合物共同執行任務。跟蹤觀察這些分子機器的蛋白組分，對于理解生物學過程是至關重要的。超高分辨率顯微技術可以輕松分辨相距10-20nm的分子或分子復合物，但這些技術還不足以鑒別緊密復合物中的分子特征。哈佛大學Wyss研究所的尹鵬（Peng Yin）教授領導研究團隊在這方面取得了重要的突破。

　　MIT著名學者Edward Boyden及其同事在Nature Methods和Nature Biotechnology同時發表了兩篇重量級文章。他們對低價高能的膨脹顯微技術（ExM）進行改良，解決了這一技術的主要難點。現在，ExM只需使用現成化合物就可以非常方便的成像大塊組織，獲得超高分辨率的蛋白質和RNA圖像。ExM技術的分辨率高達70nm，超越了光學顯微鏡的“衍射極限”。過去，這么高的分辨率需要使用非常昂貴的顯微鏡。