在國家自然科學(xué)基金項目（批準號：31127901，31730054，31661143041，31700743）等資助下，中國科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士和紀偉教授級工程師在提高光學(xué)顯微鏡分辨率技術(shù)領(lǐng)域取得重要進展。相關(guān)成果以“Molecular Resolution Imaging by Repetitive Optical Selective Exposure”（ 基于重復(fù)光學(xué)選擇曝光的分子分辨率成像技術(shù)）為題，于2019年9月9日在Nature Methods（《自然方法學(xué)》）雜志在線發(fā)表。
該工作提出了一種基于激光干涉條紋定位成像的新技術(shù)，并據(jù)此研制出新型單分子干涉定位顯微鏡（Repetitive Optical Selective Exposure, ROSE），將熒光顯微鏡分辨率提升至3 nm以內(nèi)的分子尺度，單分子定位精度接近1 nm，可以分辨點距為5 nm的DNA origami（DNA 折紙）結(jié)構(gòu)。為降低單分子發(fā)光時的閃爍和漂白對亮度和定位精度產(chǎn)生的不良影響，研發(fā)團隊對顯微鏡光路進行了創(chuàng)造性地設(shè)計，分別為：基于電光調(diào)制器的干涉條紋快速切換激發(fā)光路，基于諧振振鏡掃描的6組共軛成像光路，兩種光路的同步實現(xiàn)了高達8 kHz的分時成像，確保在相機的單次曝光時間里把每個單分子發(fā)光狀態(tài)均勻分配給6個干涉條紋，有效避免了熒光分子發(fā)光能力波動對定位精度的干擾。
圖. ROSE干涉定位與傳統(tǒng)質(zhì)心定位的原理示意，以及用于DNA origami和細胞微絲成像效果比較
研發(fā)團隊利用該技術(shù)對不同熒光位點間距的DNA origami陣列進行驗證測試，證明干涉成像分辨率達到了3 nm的分子水平。后續(xù)的細胞實驗結(jié)果顯示，該技術(shù)在免疫標記的微管、CCP（clathrin coated pits，網(wǎng)格蛋白有被小窩）以及較致密的細胞骨架成像時展現(xiàn)出良好性能，該工作使得超高分辨光學(xué)顯微鏡家族再添新成員，光學(xué)顯微鏡分辨率被進一步突破，將為進一步解析精細亞細胞的組分和生物大分子的納米結(jié)構(gòu)提供有力工具。
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