高分辨率熒光顯微技術的發展

　近二十年來，熒光顯微技術有了長足的進步，上周Nature，Science雜志就高分辨率熒光顯微技術分別發文，聚焦了這一領域的重要進展。

　　熒光顯微技術是一種分析分子生物學，細胞生物學的重要工具，這一方法能幫助科研人員了解細胞和活體生物的空間結構。通過一些熒光標記，比如GFP等，研究人員就能觀測到蛋白組織構架，蛋白相互作用，以及一些動力學方面的機制。

　　但是這一技術有一個重要的缺陷，即分辨率，傳統光學顯微鏡受限于光的波長，對于200nm以下的小東西只能搖頭興嘆。雖然電子顯微鏡可以達到奈米級的分辨率，但通電的結果容易造成樣品的破壞，因此能觀測的樣本也相當有限。分子生物學家雖然可以做到把若干想觀察的蛋白質貼上熒光卷標，但這些蛋白質還是經常擠在一塊，在顯微鏡下分不出誰是誰。

　　近年來隨著著各項工具方法的發展，尤其是物理學界接二連三出現的重大科研進展，顯微技術發展迅速，特別是將納米技術引入這一領域之后，科學家們研發出了多項高分辨率的顯微技術。

　　Nature  Methods雜志推出新專題：Super-resolution  microscopy，與Nature  Photonics總結了這些進展，這些高分辨率顯微技術，或者納米顯微技術方面的先進技術。

　　這一專題包含一篇社論文章，多篇評論性文章，以及多篇研究論文。第一篇文章“fluorescence  imaging  under  the  diffraction  limit”主要介紹了納米顯微技術（nanoscopy）是什么，新聞觀察文章則強調了2006年的兩篇關于高分辨率顯微技術的論文，分析了這一些相關技術的相同點和不同點。其它還有一些文章介紹或者點評了一些技術。當然生物學家最感興趣的還是這些技術的性能和實用性，這項問題還有待于技術的完善和在具體的生物研究中的應用。

　　同一周Science也刊文：A  New  Approach  to  Fluorescence  Microscopy就這一領域的研究進展進行了介紹。文章提到了幾種近期倍受關注的高分辨率顯微技術，包括STORM成像，光敏定位顯微（PALM）技術等。

　　STORM，即隨機光學重建顯微技術（Stochastic  Optical  Reconstruction  Microscopy），這個方法創始人是中國科大畢業的莊小威教授。這一方法基于光子可控開關的熒光探針和質心定位原理，在雙激光激發下熒光探針隨機發光，通過分子定位和分子位置重疊重構形成超高分辨率的圖像，其空間分辨率目前可達20nm。

　　這種技術可以用于生物學中的分子和細胞成像。目前高分辨的生物成像都使用電子顯微鏡，只能對死物成像。科學界長久以來希望能有一個對活生物樣本進行分子尺度的無接觸、溫和的、實時成像技術，而STORM就是這樣一種技術。研究人員把熒光團連接到一個可以設計成依次連接許多種生物分子的抗體上。然后把連接了熒光團的生物樣本曝露在變波長的連續閃光下，分別激發不同子集的熒光團。得到許多不同子集的熒光團發光的圖像后，再把這些圖像合成一張能夠清晰分辨熒光團的圖。

　　而光敏定位顯微技術可以用來觀察納米級生物，相較于電子顯微鏡有更清晰的對比度，如果給不同蛋白接上不同的熒光標記，就能用來進一步研究蛋白質間的相互作用。并且近期研究人員還將PALM技術與光的干涉原理結合起來，將三維的分辨率提高到20  nm以內，并極大地提高了收集同樣光子后的定位精度。

　　這兩項技術誕生于2006年，近年來又獲得了一些進步，比如莊小威教授在Science雜志上展示了3D  STORM成像，比三維空間衍射極限空間分辨率好十倍并使用此方法在猴腎細胞中成像微管和其他分子結構，后來擴展此方法為整個細胞的多色3D成像。相信在不久的將來，我們將會在顯微世界里看得越來越清楚。