新型超分辨显微镜，可实现纳米级成像

光电汇王越编译 光电汇OESHOW 2022-05-28 08:00 Posted on 上海

受激拉曼散射（SRS）显微镜是一种新兴技术，可为内源性生物分子提供高化学特异性，并且可以规避荧光显微镜的常见限制，包括探测小生物分子的能力有限和难以同时分辨多种颜色。然而，SRS显微镜的分辨率仍然受衍射极限的控制。

为了克服这个问题，卡内基梅隆大学和哥伦比亚大学的研究人员将SRS显微镜与扩展显微镜（E×M）相结合提出了一种称为分子锚定凝胶纳米级荧光成像和受激拉曼散射显微镜（MAGNIFIERS）的新技术。MAGNIFIERS提供了具有亚50 nm超分辨率的化学特异性纳米级成像，并在与多重拉曼探针和荧光标记结合时具有可扩展的多重性，其相关内容已发表在Advanced Science中。

荧光显微镜依靠携带荧光团的标签来标记分子，而SRS通过捕获生物分子的振动来可视化生物分子的化学键。论文的通讯作者之一Yongxin Zhao教授表示“每种类型的分子都有自己的振动‘指纹’，SRS让我们可以通过调整其振动的特征频率来查看我们目标观测的分子类型。” SRS可用于对多个目标进行成像，它打破了荧光的“调色板数量障碍”，可以同时对4~5中颜色进行成像。然而，SRS的衍射极限约为300 nm，限制了其对细胞和组织中纳米结构成像的能力。

为了克服这一限制，研究人员使用了扩展式显微镜，该方法将生物样品转化为水溶性水凝胶，然后对其进行处理并使其体积膨胀为原始体积的100倍以上，一旦样品被扩展就可以使用标准技术对其成像。在实验测试中，研究人员将样本膨胀到了7.2倍，这一尺寸使SRS成像成为了可能。Zhao对此表示：“正如SRS能够克服荧光显微镜的局限性一样，扩展式显微镜也克服了SRS的局限性。”

 亨廷顿蛋白聚集体中新合成蛋白质的超分辨率成像

实验结果表明，MAGNIFIERS技术可以对蛋白质、脂肪和DNA进行无标记的纳米级成像，利用SRS的广泛功能，研究团队还展示了三类具有纳米级精度的应用：无标记化学成像、代谢成像和多路复用成像。

此外，研究人员进一步实验证明，MAGNIFIERS不仅可以用于蛋白质聚集体的高分辨率代谢成像，还可以实现小鼠大脑切片中八色纳米级成像（这表明MAGNIFIERS可以通过一次性光学成像的方法同时映射多个3D目标）。

作为超分辨率、无标记化学成像、高分辨率代谢成像和高度多路复用纳米级成像的平台，MAGNIFIERS 可以使SRS成为纳米镜检查的宝贵工具，未来研究人员将继续努力使用MAGNIFIERS技术实现更高分辨率和更高通量的超分辨成像。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202200315

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