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光学工程
超分辨率荧光显微镜

众所周知,光学显微镜是生物学家们深入了解细胞和组织内部微小结构的一双眼睛。但是,由于光线具有衍射特性,所以无法将光线聚焦到非常小的焦点上。因此一直以来,传统的光学显微镜一直无法分辨两个距离非常近(这个距离小于观察波长的一半)的物体,光学显微镜的最大分辨率只能达到横向200纳米,纵向600纳米。

而电子显微镜虽然可以达到纳米级的分辨率,但通电的结果容易造成样品的破坏,因此能观测的样本也相当有限。另外一种蛋白质贴上荧光卷标的技术虽然已经较为成熟,但因为蛋白质大分子的理化特性使其容易堆积,很难在显微镜下进行观察。因此急需一种可以对200——750nm大小范围内的物体进行观察并且拥有较高的空间分辨率(20nm以下)的显微镜。

荧光显微镜的基本原理是利用一个高发光效率的点光源,经过滤色系统发出一定波长的光(如紫外光3650入或紫蓝光4200入)作为激发光、激发标本内的荧光物质发射出各种不同颜色的荧光后,再通过物镜和目镜的放大进行观察。这样在强烈的对衬背景下,即使荧光很微弱也易辨认,敏感性高,主要用于细胞结构和功能以及化学成分等的研究。


 

超分辨率荧光显微镜的超分辨率来自纳米显微镜(nanoscopy),纳米显微镜通过电子束的扫描或者其他方式在CCD上成像,具有高分辨率,快速检测,使用简便等特点。因此荧光显微镜具有检出能力高,对细胞刺激小,能进行多重染色等优点。


由于超分辨率技术(super-resolution technique)的发展,显微镜的横向分辨率已经可以达到几十个纳米。超高分辨率的荧光显微镜也因为它前所未有的高分辨率在各个领域大显身手,比如可以用于活体细胞成像研究,可以观察树突棘(dendritic spines)等动态的细胞结构,这一科研成果荣膺了《自然方法》(Nature Methods)杂志评选出的2008年年度技术。


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