近日，在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等資助下，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士和紀(jì)偉教授級(jí)高級(jí)工程師在提高光學(xué)顯微鏡分辨率技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Molecular Resolution Imaging by Repetitive Optical Selective Exposure”( 基于重復(fù)光學(xué)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(xué)》)雜志在線發(fā)表。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41592-019-0544-2。
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(diǎn)距為5 nm的DNA origami(DNA 折紙)結(jié)構(gòu)。為降低單分子發(fā)光時(shí)的閃爍和漂白對(duì)亮度和定位精度產(chǎn)生的不良影響，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)顯微鏡光路進(jìn)行了創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)了高達(dá)8 kHz的分時(shí)成像，確保在相機(jī)的單次曝光時(shí)間里把每個(gè)單分子發(fā)光狀態(tài)均勻分配給6個(gè)干涉條紋，有效避免了熒光分子發(fā)光能力波動(dòng)對(duì)定位精度的干擾。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用該技術(shù)對(duì)不同熒光位點(diǎn)間距的DNA origami陣列進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，證明干涉成像分辨率達(dá)到了3 nm的分子水平。后續(xù)的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該技術(shù)在免疫標(biāo)記的微管、CCP(clathrin coated pits，網(wǎng)格蛋白有被小窩)以及較致密的細(xì)胞骨架成像時(shí)展現(xiàn)出良好性能，該工作使得超高分辨光學(xué)顯微鏡家族再添新成員，光學(xué)顯微鏡分辨率被進(jìn)一步突破，將為進(jìn)一步解析精細(xì)亞細(xì)胞的組分和生物大分子的納米結(jié)構(gòu)提供有力工具。
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(xì)胞微絲成像效果比較
