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膜生物學國家重點實驗室發(fā)明了超靈敏海森結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡

閱讀:2352      發(fā)布時間:2018-5-16
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    膜生物學國家重點實驗聯(lián)合華中科技大學發(fā)明了一種超靈敏結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡-----海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡 (Hessian SIM),實現(xiàn)了活細胞超快長時程超高分辨率成像,能辨清囊泡融合孔道和線粒體內(nèi)嵴動態(tài)。在每秒鐘得到188張超高分辨率圖像時,海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡的空間分辨率可以達到85納米,能夠分辨單根頭發(fā)的1/600到1/800大小結(jié)構(gòu),而所需要的光照度小于常用的共聚焦顯微鏡光照度三個數(shù)量級。同時,該顯微鏡也實現(xiàn)了細胞“能量工廠”線粒體的超快超分辨成像,在活細胞中解析線粒體融合、分裂時內(nèi)嵴的活動,及線粒體內(nèi)嵴自身的重組裝過程,并能夠觀察內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體發(fā)生相互作用時的動態(tài)變化。

  與獲得2014年Nobel化學獎的受激輻射損耗超高分辨率顯微鏡(STED)相比,其具有*的時間分辨率、極低的光毒性,在活細胞超高分辨率成像方面優(yōu)勢顯著。

    海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡解析囊泡融合孔道形成全過程。上圖:實際的動態(tài)過程解析;下圖:由實驗結(jié)果得到的囊泡融合的四個中間態(tài)。

  靈敏海森結(jié)構(gòu)光超高分辨率顯微鏡的成功驗證,一方面基于新偏振旋轉(zhuǎn)玻片陣列、高精度的時序控制程序以及高數(shù)值孔徑物鏡等硬件的自主研制;另一方面是重構(gòu)算法的創(chuàng)新,提出將生物樣本在多維時空上連續(xù),而噪聲是*隨機分布的先驗知識用于構(gòu)建海森矩陣,指導超高分辨率熒光圖像的重建。

  超靈敏海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡適用于各種細胞、不同探針的熒光成像??梢哉f,所有應用點掃描共聚焦顯微鏡的場景都可以使用海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡,因而具有廣泛的應用前景。

  此項研究成果以題為“Fast, long-term, super-resolution imaging with Hessian structured illumination microscopy” 以全文形式于近日在線發(fā)表于Nature Biotechnology 上。

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