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西北大学开发光谱纳米成像新方法 可用于3D细胞成像

纳米成像
发布:2020-09-03 10:26:20     来源:博科园

西北大学科学家开发了一种进行光谱纳米成像观察的新方法,这种方法可以帮助研究人员了解更复杂的生物分子相互作用,并在单分子水平上表征细胞和疾病。这个名为不对称分散光谱单分子定位显微镜(SDsSMLM)的新系统,建立在麦考密克工程学院开发的现有sSMLM技术基础上,以提供更精确的光谱单分子分析,以研究某些癌症或糖尿病视网膜病变等疾病背后的细胞在其局部环境中的功能。

目前的光谱单分子定位显微技术同时实现了超分辨成像和单分子光谱,但是现有单分子光学显微镜设计存在成像分辨率和光谱精度降低的问题。这是因为该系统将有限数量的发射光子(透射电磁光的原子粒子)分成两个独立的通道,用于空间和光谱成像。领导这项研究的生物医学工程教授张浩(音译)说:我们不应该满足于只知道一个特定的分子在哪里,或者许多分子在哪里,而不区分它们的性质。

新研究方法使科学家能够充分利用每个发射的所有光子进行空间成像和光谱分析。因此,与现有分散光谱单分子定位显微镜技术相比,显著提高了空间成像分辨率和光谱精度,其研究成果发表在《光:科学与应用》期刊上。与现有分散光谱单分子定位显微镜方法不同,新的显微镜通常使用1:3的比例在空间和光谱通道之间分割照片,分散光谱单分子定位显微镜将所有可用的照片提交给创建两个镜像光谱图像。

这种方法以尽可能高的分辨率提取光谱信息。此外,由于图像是对称的,研究人员仍然可以通过识别两幅光谱图像之间的中点来识别空间信息。研究人员发现,与使用相同数量照片的现有sSMLM相比,分散光谱单分子定位显微镜将空间精度提高了42%,光谱精度提高了10%。在现有sSMLM技术中,光谱图像中的空间信息被完全忽略了。

这种方法使科学家能够将所有可用的光子应用于光谱分析,以提高分辨率极限,同时还可以获得空间成像。当与光谱单分子成像技术结合使用时,分散光谱单分子定位显微镜可用于3D细胞成像,这是细胞生物学和材料科学中的一种基本工具,使研究人员能够跟踪细胞在其环境中如何相互作用。这项技术适用于所有分子,不管发射光谱和微小的光谱变化,甚至在同一种分子之间也是如此。

随着空间分辨率和光谱精度的提高,sSMLM将在细胞内的多分子成像以及生物和化学研究中对单个纳米粒子三维跟踪方面找到更广泛的应用。除了该系统的先进成像能力外,分散光谱单分子定位显微镜的微小性还允许与传统荧光显微镜系统轻松集成和可靠操作。结合研究人员开发名为RainbowSTORM的开源插件,研究人员希望生物研究界的其他成员,能将这项先进技术纳入研究工作中,设计是独立的,可以安装在大多数显微镜系统上。

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