Nature Methods :中國學者開發了新的幹涉單分子定位顯微鏡

2020-11-26 生物谷

2019年9月23日訊 /

生物谷

BIOON /--各種基於圖像的中心位置估計(稱為質心擬合)方法，如二維高斯擬合方法，在單分子定位顯微鏡(SMLM)中已被廣泛用於精確確定每個螢光團的位置。然而，如何將單分子橫向定位精度提高到分子尺度(< 2 nm)來實現高通量

納米

結構成像仍然是一個挑戰。

圖片來源：WANG Guoyan Wang and OU Nanjun


中國科學院生物物理研究所的徐濤教授和紀偉教授在《Nature Methods》網站上發表了一項研究，他們開發了一種新的幹涉單分子定位顯微鏡技術，利用了快速調製的結構光照，稱為重複光學選擇性曝光(Repetitive Optical Selective Exposure，ROSE)。


ROSE利用六種不同方向和相位幹涉條紋來激發螢光分子。螢光分子的強度與幹涉條紋的相位密切相關。螢光分子的定位是通過幹涉條紋的多個激發模式的強度，提供了大約兩倍的定位精度的提高。該技術將單分子定位顯微鏡(SMLM)的解析度提高到小於3 nm (~1 nm定位精度)。


為了驗證ROSE的性能，研究人員首先設計了5-、10-和20-nm點對點間距的DNA摺紙結構的三種不同網格。傳統的質心擬合和ROSE都可以在相同的光子預算下求解20nm結構。ROSE也可以清晰地分辨出10nm的距離，這是質心擬合無法解決的。


研究人員表明， ROSE可以以3

納米

的解析度解決25 * 25μm2的大視場中5 nm的結構，這意味著ROSE有能力推動提高SMLM分子規模的分辨能力。


此外，利用ROSE分析細胞

納米

結構，研究人員發現，ROSE在解決單個微管長絲的中空結構、小網格蛋白包被凹坑(CCPs)和肌動蛋白長絲的細胞納米結構方面具有優勢。傅立葉環相關(FRC)分析表明，與質心擬合方法相比，ROSE提高了兩倍的最終解析度。


通過引入沿軸向的附加激發模式，ROSE可以擴展到三維納米尺度成像。該方法有望在分子水平上拓展SMLM在生物大分子動力學分析和結構研究中的應用。（生物谷Bioon.com）


參考資料：


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