在國家自然科學基金項目（批準號：31127901，31730054，31661143041，31700743）等資助下，中國科學院生物物理研究所徐濤院士和紀偉教授級工程師在提高光學顯微鏡分辨率技術(shù)領(lǐng)域取得重要進展。相關(guān)成果以“Molecular Resolution Imaging by Repetitive Optical Selective Exposure”（ 基于重復(fù)光學選擇曝光的分子分辨率成像技術(shù)）為題，于2019年9月9日在Nature Methods（《自然方法學》）雜志在線發(fā)表。
該工作提出了一種基于激光干涉條紋定位成像的新技術(shù)，并據(jù)此研制出新型單分子干涉定位顯微鏡（Repetitive Optical Selective Exposure, ROSE），將熒光顯微鏡分辨率提升至3 nm以內(nèi)的分子尺度，單分子定位精度接近1 nm，可以分辨點距為5 nm的DNA origami（DNA 折紙）結(jié)構(gòu)。為降低單分子發(fā)光時的閃爍和漂白對亮度和定位精度產(chǎn)生的不良影響，研發(fā)團隊對顯微鏡光路進行了創(chuàng)造性地設(shè)計，分別為：基于電光調(diào)制器的干涉條紋快速切換激發(fā)光路，基于諧振振鏡掃描的6組共軛成像光路，兩種光路的同步實現(xiàn)了高達8 kHz的分時成像，確保在相機的單次曝光時間里把每個單分子發(fā)光狀態(tài)均勻分配給6個干涉條紋，有效避免了熒光分子發(fā)光能力波動對定位精度的干擾。
圖. ROSE干涉定位與傳統(tǒng)質(zhì)心定位的原理示意，以及用于DNA origami和細胞微絲成像效果比較
研發(fā)團隊利用該技術(shù)對不同熒光位點間距的DNA origami陣列進行驗證測試，證明干涉成像分辨率達到了3 nm的分子水平。后續(xù)的細胞實驗結(jié)果顯示，該技術(shù)在免疫標記的微管、CCP（clathrin coated pits，網(wǎng)格蛋白有被小窩）以及較致密的細胞骨架成像時展現(xiàn)出良好性能，該工作使得超高分辨光學顯微鏡家族再添新成員，光學顯微鏡分辨率被進一步突破，將為進一步解析精細亞細胞的組分和生物大分子的納米結(jié)構(gòu)提供有力工具。
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