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打破阿贝衍射极限,超分辨率显微镜能看百万分之一毫米?

它可以使细小的细胞结构可见:顶级光学显微镜供给十分之几纳米的分辨率,换句话说为百万分之一毫米。到现在为止,超分辨率显微镜比传统办法慢得多,因为有必要记载更多或更精密的图画数据。与耶拿的协作伙伴一同,比勒费尔德大学科学家现在现已进一步开发了超分辨率SR-SIM进程。学者们标明,SR-SIM也可以实时和十分高的成像速率,因而适合于调查十分小的细胞颗粒运动,其研讨发现宣布在《天然通讯》上。

比勒费尔德大学生物分子物理工作组负责人托马斯·胡泽教授说:这便是这种显微镜在生物学或医学运用中真实有用的当地。现在的问题是,供给满足高分辨率的显微镜无法以相应的速度显现信息。SR-SIM项目由德国研讨基金会(DFG)和欧盟经过Marie Sk?Odowska-Curie Actions供给资金。SR-SIM代表“超分辨率结构照明显微术”,是一种荧光显微术。物体被激光照耀,这种光激起样品中的特别荧光分子,使它们以不同的波长从头发射光。然后显微镜图画显现从头发射的光,与其他传统的荧光显微镜办法不同。

SR-SIM不会均匀地照亮样品,而是具有精密的网格状图画,这种特别技能可以完结更高的分辨率。该进程包含两个进程:首要将样品从头发射的光记载在几个独自图画中。比勒菲尔德大学生物分子物理工作组的成员,也是这项研讨的首要作者安德烈亚斯·马克维思(Andreas Markwirth)说:然后在核算机上依据这些原始数据重建完结的图画,尤其是第二步,到现在为止现已花费了很多时刻。因而,比勒费尔德大学研讨人员与莱布尼茨光子技能研讨所和耶拿弗里德里希·席勒大学的Rainer Heintzmann教授协作,加快了这一研讨进程,现在规划的显微镜可以更快地生成原始数据。

此外,因为在现代图形卡上运用并行核算机处理,图画重建花费的时刻大大削减。在研讨中,研讨人员在生物细胞上测试了新办法,并记载了线粒体的运动,细胞器的巨细约为一微米。Markwirth表明:咱们现已可以产生大约每秒60帧,比电影更高的帧速率。丈量和图画之间的时刻不到250毫秒,所以这项技能可以实时记载。到现在为止,超分辨率办法常常与惯例办法相结合:传统的快速显微镜用于首要发现结构。然后可以运用超分辨率显微镜具体查看这些结构。但是,有些结构太小了,以至于用惯例显微镜无法发现,例如肝细胞中的特定孔隙。

该新办法既高分辨率又快速,这使得生物学家可以探究这样的结构。新显微镜的另一个运用是研讨病毒颗粒经过细胞的方法。这使咱们可以精确地了解感染进程中产生的状况。超分辨率显微镜只要大约20年的前史。1873年Ernst Abbe发现可见光的光学系统分辨率被约束在大约250纳米。但是,近年来,现已开发了几种光学办法来打破已被称为阿贝衍射极限屏障。2014年来自美国的威廉·E·莫尔纳(William E.Moerner)和埃里克·贝齐格(Eric Betzig)以及德国的Stefan Hell因开宣布约20至30纳米的超分辨率而取得诺贝尔化学奖。

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