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Nature Methods：中國學(xué)者開發(fā)了新的干涉單分子定位顯微鏡
2019年9月23日訊 /生物谷BIOON /--各種基于圖像的中心位置估計(jì)(稱為質(zhì)心擬合)方法，如二維高斯擬合方法，在單分子定位顯微鏡(SMLM)中已被廣泛用于精確確定每個(gè)熒光團(tuán)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(shí)現(xiàn)高通量納米結(jié)構(gòu)成像仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
圖片來源：WANG Guoyan Wang and OU Nanjun
中國科學(xué)院生物物理研究所的徐濤教授和紀(jì)偉教授在《Nature Methods》網(wǎng)站上發(fā)表了一項(xiàng)研究，他們開發(fā)了一種新的干涉單分子定位顯微鏡技術(shù)，利用了快速調(diào)制的結(jié)構(gòu)光照，稱為重復(fù)光學(xué)選擇性曝光(Repetitive Optical Selective Exposure，ROSE)。
ROSE利用六種不同方向和相位干涉條紋來激發(fā)熒光分子。熒光分子的強(qiáng)度與干涉條紋的相位密切相關(guān)。熒光分子的定位是通過干涉條紋的多個(gè)激發(fā)模式的強(qiáng)度，提供了大約兩倍的定位精度的提高。該技術(shù)將單分子定位顯微鏡(SMLM)的分辨率提高到小于3 nm (~1 nm定位精度)。
為了驗(yàn)證ROSE的性能，研究人員首先設(shè)計(jì)了5-、10-和20-nm點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間距的DNA折紙結(jié)構(gòu)的三種不同網(wǎng)格。傳統(tǒng)的質(zhì)心擬合和ROSE都可以在相同的光子預(yù)算下求解20nm結(jié)構(gòu)。ROSE也可以清晰地分辨出10nm的距離，這是質(zhì)心擬合無法解決的。
研究人員表明， ROSE可以以3納米的分辨率解決25 * 25μm2的大視場中5 nm的結(jié)構(gòu)，這意味著ROSE有能力推動(dòng)提高SMLM分子規(guī)模的分辨能力。
此外，利用ROSE分析細(xì)胞納米結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)，ROSE在解決單個(gè)微管長絲的中空結(jié)構(gòu)、小網(wǎng)格蛋白包被凹坑(CCPs)和肌動(dòng)蛋白長絲的細(xì)胞納米結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢(shì)。傅里葉環(huán)相關(guān)(FRC)分析表明，與質(zhì)心擬合方法相比，ROSE提高了兩倍的最終分辨率。
通過引入沿軸向的附加激發(fā)模式，ROSE可以擴(kuò)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(dòng)力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用。（生物谷Bioon.com）
參考資料：
Xu Tao， Ji Wei et al.?Molecular resolution imaging by repetitive optical selective exposure， Nature Methods (2019). DOI： 10.1038/s41592-019-0544-2
