超高分辨率显微技术的又一突破：分辨率提高四倍
几个世纪以来，光学显微镜的“衍射极限”一直被认为是无法超越的。近年来，科学家们从不同途径“突破”了这一极限，使人们能够分辨相距少于200nm的两个物体。这种超高分辨率显微技术也因此获得了2014年诺贝尔化学奖。
美国西北大学的研究团队最近在Nature Communications杂志上发布了超高分辨率显微技术的重要改良。他们让这一突破性技术变得更迅速、更简单、更便宜，还将其分辨率提高了四倍。领导这项研究的张浩（Hao F. Zhang）博士是美国西北大学的生物医学工程系副教授和眼科学副教授，主要从事生物医学光学传感和成像领域研究。他分别于1997年和2000年在上海交大获得学士与硕士学位，2006年在Texas A&M大学获博士学位，2006-2007年在华盛顿大学从事博士后研究。
“虽然电镜和扫描探针显微镜已经获得了很大的成功，但我们还需要新的光学成像方法，揭示纳米级结构以及发生在纳米水平上的理化现象，”张浩博士指出。“我们开发的成像技术应该可以满足这一要求。”
张浩团队开发的SPLM（spectroscopic photon localization microscopy）技术是一种基于光谱的超高分辨率光学成像平台，能够达到亚纳米级的分辨率。目前的光谱成像和PLM（photon localization microscopy）技术需要用多个荧光染料来增强显微图像的对比度。但这些技术无法区分染料，需要记录不同波段的多个图像。
研究人员开发的SPLM技术能够同时表现多种染料，加快多重染色样本的成像速度。该技术不需要记录多个波段的图像，成像过程更加简单和便宜。“人们需要一系列滤镜和相机来分离不同颜色的光子并获取信息，”张浩博士说。“这会相当麻烦，成本也比较高。而我们的SPLM技术不需要滤镜就能获得多色图像。”研究人员相信这一技术适用于从材料科学到生命科学的许多研究领域。
现在，超高分辨率显微技术已经成为了研究细胞膜蛋白的常用方法。许多研究团队发现自己研究的蛋白在细胞膜中形成了簇，TU Wien的研究人员也遇到了这样事儿。不过他们最近在Nature Methods杂志上发表文章指出，这些所谓的蛋白簇其实往往是一个闪烁的分子，只不过在超高分辨率显微成像的时候计算了多次。
蛋白质大多不是独行侠，它们喜欢形成复合物共同执行任务。跟踪观察这些分子机器的蛋白组分，对于理解生物学过程是至关重要的。超高分辨率显微技术可以轻松分辨相距10-20nm的分子或分子复合物，但这些技术还不足以鉴别紧密复合物中的分子特征。哈佛大学Wyss研究所的尹鹏（Peng Yin）教授领导研究团队在这方面取得了重要的突破。
MIT著名学者Edward Boyden及其同事在Nature Methods和Nature Biotechnology同时发表了两篇重量级文章。他们对低价高能的膨胀显微技术（ExM）进行改良，解决了这一技术的主要难点。现在，ExM只需使用现成化合物就可以非常方便的成像大块组织，获得超高分辨率的蛋白质和RNA图像。ExM技术的分辨率高达70nm，超越了光学显微镜的“衍射极限”。过去，这么高的分辨率需要使用非常昂贵的显微镜。
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