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镜面提升生物显微镜分辨率----工学院席鹏课题组在超分辨显微方面取得突破

PX    发布时间:2016-08-01    

  镜子或许是我们人类最早发明的光学器件。迄今为止,它仍然在我们日常生活中扮演者重要作用。通过将一个简单的反射面引入生物显微样品中,工学院席鹏课题组解决了一个长期以来困扰科学家的问题:将显微镜的三个维度的分辨率同时提升,以便对细胞进行更好的观察。

  http://en.coe.pku.edu.cn/upload/images/news2016/201606/TOC1.jpg

图 1  MEANS的原理示意图,以及利用MEANS-STED对于细胞核孔NPC62蛋白的观察结果。

  这一新技术巧妙地利用了光的干涉,当光在到达镜面后,反射波会和入射波形成一层100纳米的干涉层,将成像平面约束在其中。这一技术所达到的轴向分辨率比传统的共聚焦等技术提升了6倍。这一技术被称作MEANS。它对于TIRF技术形成了互补,可以将处于细胞不同层面的精细结构清晰地显示出来。

  通常显微镜的分辨率在水平方向较高,而轴向较低。通过干涉,这一技术将轴向分辨率降低到了100nm的水平,甚至超过了水平分辨率。这一工作发表在Nature 旗下的Light: Science & Applications,作者来自北京大学、美国佐治亚理工学院和澳大利亚悉尼技术大学。

  MEANS可以与几乎所有共聚焦技术完美地结合。同时,将它与STED超分辨技术结合后,MEANS不仅能够提升STED的轴向分辨率,同时能够使得STED在不增加光强的前提下,分辨率进一步提升2倍。由于生物样品不能工作在高光强下,这一发现对于生命科学的应用至关重要。 本文展示了MEANS增强的STED达到了19nm 的分辨率,这也是STED超分辨在生物样品上达到的分辨率的最高纪录。

  这一工作发表后,已经得到了Nature Photonics的重点报道,以及多家国际媒体如 ScienceDaily, BioOpticsWorld, EurekAlert, Viral TechnologyNews等的报道。  

  本文的三个共同第一作者中,杨旭三和谢浩是北京大学工学院博士生。Eric Alonas是美国佐治亚学院工学院博士生。我院席鹏教授是本工作的通讯作者。该工作得到国家自然科学基金委和国家科技部,以及澳大利亚科研部卓越中心,和美国国立卫生研究院的支持。