超高分辨率显微镜技术

 为了更好地理解生命过程和疾病发生机理，生物学研究需要观察细胞内器官等细微结构的精确定位和分布，阐明蛋白等生物大分子如何组成细胞的基本结构，重要的活性因子如何调节细胞的主要生命活动等，而这些体系尺度都在纳米量级，远远超出了常规的光学显微镜（激光共聚焦显微镜等）的分辨极限。为了解决生命科学研究面临的这一难题，超高分辨率显微技术应时而生，并且一经问世就得到了广泛的响应，2008年Nature Methods将这一技术列为年度之。

为了达到纳米量级的分辨率和极快速的成像，超高分辨率显微镜引入了许多突破时代的创新技术，了解这些技术将带领我们走入超高分辨率显微镜的奇妙世界。

3D-SIM(结构照明技术)：

荧光样品通过不同方向和相位的光源照射，并且在成像后利用特点的运算方法重构，产生突破布儒斯特角衍射极限的超高分辨率图像。

•完全兼容现有荧光分子和荧光染料、不改变任何实验流程

•轴向分辨率提高到80-100nm，空间分辨率提高到激光共聚焦显微镜观察极限的8倍。

搭载3D-SIM技术的DeltaVision OMX超高分辨率显微镜已经成功运用到了很多样品，比如微生物、脊椎动物细胞、组织切片甚至整个胚胎等。大大提高的分辨率在鉴定和研究亚细胞结构中成效显著，比如对微管和肌动蛋白的观察中可以解析到单根微管纤维。

Monet (单分子成像与定位技术)：

通过在极短时间内对单个或几个荧光分子的激发和获取发射光信号，上千次获取后通过独特算法重构图像，从而获得突破百纳米极限的超高分辨率图像。这种技术需要使用独特的光敏蛋白来做荧光染料，通过独特的算法可以分辨衍射极限上重叠的荧光团位置。

•搭载PALM的DeltaVision OMX实现了极短时间内的图像获取

•能够处理极大密度的图像，使高浓度标记的和更高激活能量的样品的成像变成可能。

超高速成像：

研究者对于成像速度进入"亚秒时代"的需求已经十分的迫切。以往的速度瓶颈主要在曝光时间以及CCD成像时间，利用超亮度光源以及改进的新型照相机，大大提高了成像速度。

•DeltaVision OMX可同时观察四个荧光通道。

• 每个荧光通道的成像速度达到了前所未有的200帧/秒 （512×512像素，5ms曝光）。

这种惊人的使细胞内超快速过程的观察成为可能。研究人员能够在三维空间内追踪活细胞内的标记蛋白，而分辨率接近分子水平。这意味着使用者可以开始回答新型的研究问题，如细胞中的某些结构如何工作，它们如何相互作用，以及事件持续多长时间。

超高分辨率显微镜问世以来，得到了研究者的强烈响应，自2008年9月问世的佼佼者DeltaVision OMX，已有几十台安装在哈佛医学院、耶鲁大学、MIT、冷泉港、牛津大学等世界研究机构，帮助科研工作者取得一系列重大科研成果并发表在Nature、Cell、Science、Neuron等刊物上。比如加州大学戴维斯分校的Hsing-Jien Kung教授领导的生物光子学科学技术中心（CBST）的生物医学科研人员近来使用这种工具对活的肿瘤细胞内部的纳米尺寸的区室的运动进行了成像。这些区室捕捉细胞器和高分子从而提供给溶酶体，它们是一个称为自噬的细胞间回收过程的关键组成部分。Kung认为高分辨率、活细胞成像技术的开发可以让我们加快对这种难以捉摸的过程的理解，为自噬调控剂的开发铺平了道路。相信不久的将来，超高分辨率显微镜将会带来整个细胞生物学的革命。