作者:席鹏等 来源:《光:科学与应用》 发布时间:2016/11/3 12:18:41
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科学家为超分辨显微引入偏振新维度

 

10月31号,Nature Methods的研究亮点报道了由北京大学席鹏课题组及合作者澳大利亚悉尼科技大学的金大勇课题组、清华大学张奇伟课题组提出了一种新的基于偏振偶极子方位角的超分辨技术。这一技术不仅为超分辨提供了一种全新的维度,而且为本领域近期的一个热点争论提供了解答。

荧光的偏振特性(Fluorescence Polarization)早在1926年就被发现。然而在2014年获得诺贝尔化学奖的荧光超分辨显微中,对于荧光的其他特性如强度、光谱、荧光寿命等均有很好的应用,而对于荧光偶极子的方向(偏振)则很少关注。在2014年,Walla课题组在Nature Methods上发表文章,通过对激光进行偏振调制来实现稀疏重构的超分辨成像。而在本年年初,在Nature Methods期刊上,Keller等人则对此提出了质疑,并发表了针对这一文章的评论:利用荧光偏振不能够获得进一步的超分辨。Walla课题组则捍卫他们自己的工作,从而产生了一个有意思的争论:偏振调制能否带来超分辨信息?

由于Walla课题组和Keller课题组都是从传统的荧光强度来看待这一问题,席鹏课题组及其合作者引入荧光的偶极子角度作为荧光分子的第四维度,同时从荧光强度和荧光各向异性来考虑偏振调制能否带来超分辨信息,提出了一种叫SDOM(Super-resolution Dipole Orientation Mapping)的新的超分辨技术,从而完美地回答了这一争论。

传统的荧光各向异性显微成像技术往往只能够观察简单样本的荧光偏振;对于复杂样本,荧光的偏振由于阿贝衍射极限的存在会受到众多荧光团的影响,从而只能观察到平均效果。SDOM技术则同时观察荧光的强度和偏振,从偏振调制数据中将空间强度信息和偏振信息解调出来,从而既提升了成像的空间分辨率,也提升了探测荧光团偶极子方向的精度。同时,SDOM技术具有很快的成像速度(最快可达每秒5帧超分辨),对激发光功率要求很低(毫瓦量级),非常适用于活细胞观察。在本文中实现了对活体酵母细胞的观察。

这种新型的SDOM超分辨显微镜在生命科学中将有广泛的应用。在这一工作中,作者把该技术应用在固定细胞(海马神经元的SDOM成像、哺乳动物细胞的肌动蛋白成像)中,也成功地把该技术应用于活体酵母细胞中的septin蛋白成像。由于基因组三维结构目前在掀起一轮新的研究热潮,而NPC(核孔复合体)对于染色体在细胞核内的定位及基因组的三维结构非常重要,所以,作者也利用该新技术对NPC进行了偏振超分辨成像。这些图像都预示着SDOM超分辨技术的巨大应用前景。

这一工作于2016年10月21日发表在Nature旗下的Light:Science & Applications杂志(最新影响因子:13.6)。本工作的作者来自于北京大学、清华大学和澳大利亚悉尼技术大学,其中北京大学博士生张昊、清华大学博士生陈龙是共同第一作者,北京大学席鹏教授、澳大利亚悉尼技术大学金大勇教授及清华大学清华信息国家实验室张奇伟课题组的高军涛副研究员是本工作的共同通讯作者。(来源:科学网)

 
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