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uSEE突破在标准生物实验室设备上打开了纳米级世界

  • 科学
  • 2019-08-17 10:43:18

观察纳米级生命如何运作的能力是我们这个时代的重大挑战。

标准的光学显微镜可以对细胞和细菌进行成像,但不能通过衍射物理效应模糊纳米级特征。

在过去的二十年中,光学显微镜已经发展到克服这种衍射极限; 然而,这些所谓的超分辨率技术通常需要昂贵且精细的仪器或成像程序。

现在,来自ARC Center of Excellence of Nanoscale BioPhotonics(CNBP)的澳大利亚研究人员在Nature Communications上报告了一种使用标准光学成像工具绕过衍射限制的简单方法。

主要作者Denitza Denkova博士和麦格理大学CNBP节点的Martin Ploschner博士说:“与生物学家紧密合作,激励我们寻找一种解决方案,将超分辨率从复杂而昂贵的成像方法转变为日常生活生物成像技术。“

Ploschner博士解释了该技术的工作原理:“我们已经确定了一种特殊类型的荧光标记,即所谓的上转换纳米颗粒,它可以进入一种状态,在这种状态下,粒子发出的光以超线性的方式突然生长 - 当增加激发光强度。我们的关键发现是,如果在正确的成像条件下利用这种效果,任何标准扫描光学显微镜都可以自发地以超分辨率成像。

“虽然我们选择在最常用的光学显微镜之一上展示这种上转换超线性激发 - 发射(uSEE) - 共焦显微镜 - 实际上任何类型的扫描显微镜或显微镜都涉及照明强度的变化可以受益从这种分辨率的自发提高。“

Denitza Denkova博士表示,uSEE方法仅通过降低光照强度就可以将分辨率提高到超出衍射极限。

“我们的方法与所有其他现有的超分辨率方法的工作方向相反;激光功率越低,分辨率越高,生物样品光损伤的风险越低,”她说。

“最重要的是,超级分辨率可以在没有设置修改和图像处理的情况下实现。因此,这种方法有可能进入任何生物实验室,几乎不需要额外费用。”

“我们的工作价值在于首次使用生物学上方便的颗粒在三维生物环境中实现该技术。我们建议修改纳米颗粒的成分和成像条件,从而触发自发超级- 在实际相关的显微镜配置下进行解决。我们还开发了一个理论框架,允许最终用户调整粒子成分和成像条件,并在他们自己的实验室环境中实现超分辨率。

“我们的工作使显微镜专家能够用他们现有的工具以新的方式展望。”

麦格理大学的CNBP节点负责人James Piper AM教授也是该论文的作者,他说这个概念已经存在了一段时间,但由于需要结合生物学的不同研究领域,其实际实现难以捉摸,材料科学,光学工程和物理。

Piper教授说:“CNBP为具有不同专业知识的科学家提供了一个理想的会议平台,可以将这个想法从绘图板转移到实用的成像工具上。”

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