作者:席鹏 来源:光:科学与应用 发布时间:2016/8/3 15:24:21
选择字号:
镜面提升生物显微镜分辨率

 

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,北京大学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。

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。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。

MEANS可以与几乎所有共聚焦技术完美地结合,带来轴向超分辨。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。

本文的通讯作者,北京大学席鹏副教授提到:“在过去,生命学家观察到的视野被光学显微镜的水平和轴向分辨率所限制。这就好比阅读一叠打印在透明塑料上的报纸一样,很多层被叠在一起。通过在样品下面放置镜面形成一个极薄的干涉层,我们能够将成像平面约束在其中,因此每张报纸上的字迹就变得更加清楚了。”他同时提到,通过干涉可提升电磁场的强度,因此能够进一步增强超分辨显微的水平分辨率,用于解析细胞核孔和人类呼吸道合胞体病毒的精细结构。

本文的合作者之一,悉尼技术大学的金大勇教授提到:“这一简单的技术使得我们能够看清楚过去在细胞中无法看清的事物。一个细胞是10微米大小的球体,在它里面一个细胞核大约5微米左右,其上布满了小小的叫做核孔蛋白的物质。这些核孔蛋白就像一道道闸门,用于调控信使生物大分子,其大小约在十五分之一到二十分之一个微米的大小。MEANS超分辨技术让我们能够看清这些微孔的精细结构。”

虽然MEANS对于光学系统的要求非常小,在镜子上生长样品并不是常规的样品制备过程,因此需要广泛的合作。美国佐治亚理工学院生物医学工程系的Philip J. Santangelo教授团队是本文的重要合作者,该团队发展了一系列细胞和病毒染色的技术。相关的细胞培养技术由佐治亚理工学院的博士生Eric Alonas,和北京大学-佐治亚理工学院联合培养博士谢浩共同开发完成。

这一工作一经发表,立即引起了Science Daily, BioOpticsWorld, EurekAlert, ViralTechnology News等多家新闻媒体的关注。Nature Photonics杂志在2016年7月刊对这一工作进行了重点报道。(来源:科学网)

 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。

2016/8/7 12:19:51 crossludo
Spectral asymptotics for problems with integral constraints
http://www.mathsoc.spb.ru/preprint/2016/16-02.txt
2016/8/3 19:23:53 qiudy
cool,祝贺席教授的新成果!
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
三体是灾难?快来了解宇宙中的“两体” 我们的太阳系未来会怎样
气候变化下的植树造林方案 中科院电工所研制世界最高磁场超导磁体
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐