2015值得期待的技術(shù)：超越諾獎的新技術(shù)

在剛剛過去的2014年里，美國科學(xué)家Eric Betzig、William Moerner 和德國科學(xué)家Stefan Hell，因為對超高分辨率顯微鏡所做出的貢獻，獲得了諾貝爾化學(xué)獎。這一技術(shù)的意義在于突破了幾個世紀(jì)以來光學(xué)顯微鏡的“衍射極限”。這些科學(xué)家們從不同途徑“突破”了這一極限，使人們能夠分辨相距少于200nm的兩個物體。

 

生物通報道：在剛剛過去的2014年里，美國科學(xué)家Eric Betzig、William Moerner 和德國科學(xué)家Stefan Hell，因為對超高分辨率顯微鏡所做出的貢獻，獲得了諾貝爾化學(xué)獎。這一技術(shù)的意義在于突破了幾個世紀(jì)以來光學(xué)顯微鏡的“衍射極限”。這些科學(xué)家們從不同途徑“突破”了這一極限，使人們能夠分辨相距少于200nm的兩個物體。這類技術(shù)被統(tǒng)稱為超高分辨率顯微技術(shù)或納米顯微技術(shù)。

 

目前主要的超高分辨率技術(shù)包括：光激活定位顯微技術(shù)PALM、隨機光學(xué)重建顯微技術(shù)STORM、受激發(fā)射損耗STED，結(jié)構(gòu)照明顯微技術(shù)SIM和RESOLFT。其中，PALM和STORM屬于單分子定位顯微技術(shù)。

 

專家們認為與熒光顯微技術(shù)不同，電子顯微鏡（EM）能獲得精確的結(jié)構(gòu)信息，但是通過EM識別特殊蛋白是一個費力不討好的工作，而且一般也不能定量。而通過衍射極限熒光成像的電子顯微技術(shù)雖然獲得的信息量大，但是無法達到幾十納米級別的分辨率。

 

超分辨率熒光成像技術(shù)現(xiàn)在已接近電子顯微鏡技術(shù)，不過這兩者之間還是存在至少一個數(shù)量級的分辨率差異。如果能將這兩者結(jié)合，提煉電子顯微和超分辨率熒光顯微的優(yōu)點，也許能帶給我們驚喜。

 

把這兩種方法放在一起并不是件簡單的事。首先樣品準(zhǔn)備需要能用于兩種不同的方法，以最小的失真完成高質(zhì)量成像。其次以兩種模式獲得的成像也必須能精確對齊，這樣才能真正提供補充信息。

 

比如說來自美國NIH的一組研究人員為了將電鏡EM與光激活定位顯微技術(shù)PALM結(jié)合在一起，對細胞表面結(jié)構(gòu)成果，研發(fā)出了一種樣品準(zhǔn)備的方法，這種方法基于嵌入式金納米棒，能完成20 納米分辨率的相關(guān)成像（Correlative super-resolution fluorescence and metal-replica transmission electron microscopy）。

 

此外這種關(guān)聯(lián)技術(shù)還需要EM樣品準(zhǔn)備中合適的熒光標(biāo)記，另外一篇文章中，來自加州理工學(xué)院的研究人員為了關(guān)聯(lián)細菌細胞的PALM與冷凍電子層析成像，找到了能在冷凍條件下進行光開啟的熒光蛋白，而且他們也成功阻止了冰晶體的形成。（Correlated cryogenic photoactivated localization microscopy and cryo-electron tomography）生物通 www.ebiotrade.com 

 

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這就是關(guān)聯(lián)光學(xué)和電子顯微鏡技術(shù)（Correlative Light and Electron Microscopy，CLEM），這種技術(shù)既有熒光顯微鏡FM的分子標(biāo)記功能，又具有電子顯微鏡EM捕獲超微結(jié)構(gòu)細節(jié)的高分辨率。這一相關(guān)顯微鏡技術(shù)讓細胞生物學(xué)家有可能理解生命大分子在細胞里的動態(tài)，得到其亞細胞結(jié)構(gòu)的更多信息。

 

而這些相應(yīng)的解決方法也將能幫助這種超分辨率技術(shù)快速發(fā)展，用于生物學(xué)研究。

 

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