超高分辨率熒光顯微鏡是近年來興起的新技術(shù),它可以超越遠(yuǎn)場光學(xué)顯微鏡的分辨率極限,即阿貝極限(200納米左右),直接檢測到幾十納米的精細(xì)結(jié)構(gòu)。與能達(dá)到相同或更高分辨率的X光顯微鏡、各類電子顯微鏡及原子力顯微鏡相比,超高分辨熒光成像的優(yōu)勢是在常溫常壓和基本不損傷生物樣本活性的條件下,獲得其納米尺度的圖像信息。
其基本原理是用光切換(photoswitchable)或光活化(photoactivable)熒光探針標(biāo)記樣本,通過紫外活化光激活少量熒光探針,利用讀出光進(jìn)行單分子成像,再對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)分布函數(shù)(Point spread function)擬合,在空間上精度定位。因?yàn)橹挥猩倭繜晒馓结槺患せ,探針間平均距離大于阿貝極限的情況下,才能準(zhǔn)確分辨每一個(gè)熒光分子并精確定位。將大量單分子定位信息疊加,由此獲得超越阿貝極限的超高分辨率的光學(xué)圖像,理想情況下可以達(dá)到或好于50納米分辨率,由此稱之為隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡 (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy, STORM) 或光活化定位顯微鏡(Photo-Activated Localization Microscopy, PALM)。
在科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和化學(xué)研究所的支持下,化學(xué)所膠體、界面與化學(xué)熱力學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李峻柏課題組研究人員在超高分辨圖像采集和數(shù)據(jù)分析方面發(fā)展了實(shí)時(shí)單分子定位的程序包SNSMIL,該程序包可廣泛應(yīng)用于高背景成像的數(shù)據(jù)分析(Scientific Reports 2015, 5, 11073)。同時(shí),用此方法獲得了被細(xì)胞內(nèi)吞后的外源脂質(zhì)體在細(xì)胞骨架上的分布和運(yùn)動(dòng)軌跡,為研究脂質(zhì)體或外源組裝體與細(xì)胞作用提供了重要的檢測手段(Scientific Reports 2015, 5, 16559)。
在前期研究中,研究人員利用分子組裝技術(shù)構(gòu)建了多孔碳酸鈣/納米粒子復(fù)合膠體顆粒(Adv. Mater.2012, 24, 2663–2667),并獲得了功能化的環(huán)境響應(yīng)性微球(Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2673–2681)。最近他們首次利用 (d)STORM觀測到生物礦化過程中參與結(jié)晶的蛋白質(zhì)分布信息,為研究蛋白質(zhì)誘導(dǎo)生物礦化的機(jī)理提供了重要的實(shí)驗(yàn)手段(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 908-911)。
Gelatin在方解石中分布的超高分辨熒光成像