奥林巴斯直播丨功能化的单分子定位荧光显微镜

直播丨4月8日 19:30-20:30 向立民教授 功能化的单分子定位荧光显微镜

 
荧光显微镜是生命科学研究领域应用最广泛的光学显微镜之一，长期以来一直以高特异性和高信噪比著称。从单细胞层面成像直至整个器官层面的成像都有着广泛的应用。
 
传统的荧光显微镜虽然有诸多的优点，成像范围能覆盖微米甚至厘米范围内的大部分区间，但是最大的问题在于无法对纳米级别的目标物进行成像分析，这是由光的衍射极限所决定的。常用的可见光的波长大约在600 纳米左右，因此传统的荧光显微镜的空间分辨率大约为波长的一半，也就是300 纳米。这样的成像分辨率极大的限制了对细胞内部亚细微结构(例如线粒体等细胞器)的观察，也不利于对细胞内部各种生命过程的观测与探索。
 
在这种情况下，超分辨荧光显微镜技术应运而生，并最终摘下2014年诺贝尔化学奖。超分辨荧光显微镜技术大体可分为自上而下的受激发射损耗荧光显微术(STED)，结构光照明荧光显微术(SIM)，以及自下而上的单分子定位荧光显微术(SMLM)。
 
其中，单分子定位荧光显微术借助光学或化学方法控制荧光分子在“亮”与“灭”这两种状态之间不断的切换，使得某一时刻内只有极少数荧光分子在发光。这样荧光分子之间信号不重叠，使我们能对单个荧光分子的荧光信号进行二维高斯拟合并精确定位。接着随着时间不断的累积单个荧光分子位置的信息，从而能最终获得一张超高分辨率的点云(point cloud)形式的图像。
 
目前单分子定位显微术的空间分辨率最高可达5-10 nm，几乎接近蛋白质分子的平均直径大小，然而另一方面，目标分析物的性质通常是多维的，普通的单分子定位显微术仅仅提供位置的信息，已经无法满足提供多组分信息的成像需求。
 
例如，分析细胞膜磷脂双层分子成分需要知道膜极性的信息，确认相分离状态是否是液态则需要对扩散速率进行测量。在传统的荧光成像领域已经开发出了一些特定的荧光分子和分析方法对这些性质进行定量化表征与成像，它们被称为功能化的荧光成像技术。如果能借鉴这些技术进一步开发功能化的、能提供多组分性质信息的单分子定位显微术，则将会对功能化成像的空间分辨率带来纳米尺度上的突破，使我们能观测到纳米尺度上一些前所未有的生命化学现象。这些多维的、功能化的单分子定位显微术将是本次直播的主要介绍内容。