显微镜技术的结合使图像的清晰度提高了一倍

代尔夫特理工大学的研究人员结合了两种现有的超分辨率显微镜技术，创造了一种新方法。许多专家认为，将这些技术结合起来在技术上是不可能的。这种新的组合方法使研究人员能够比以往任何时候都更好地可视化活细胞的微小组成部分。除此之外，这可以为医疗保健带来新的见解。

超分辨率显微镜是一项开创性的技术，可以让研究人员看到活细胞内部。这项技术利用了在水母和其他生物中发现的荧光蛋白。研究人员可以使用基因编辑将这些荧光蛋白附着在上面分子。

用激光照射这种蛋白质会使它发出一点光过了一会儿。敏感的传感器捕捉光信号，在算法的帮助下，从噪声中过滤出有价值的数据，研究人员可以利用这些数据构建图像。超分辨率显微镜的发展是一个巨大的飞跃。研究人员Sjoerd Stallinga说:“用一个普通的光学显微镜，你可以创建大约半微米尺度的图像。”“有了超分辨率显微镜，你可以做得更好10倍。”

进一步细化

近十年来，超分辨显微镜的研究发展迅速。2008年，该领域的三位顶尖研究人员因发现并进一步发展了发光绿色荧光蛋白(GFP)而被授予诺贝尔化学奖。2014年，另外三名研究人员因在后来被称为“超分辨率显微镜”的研究中使用这些蛋白质而获得了诺贝尔奖。从那以后，来自世界各地的专家一直在寻找进一步完善这项技术的方法。这是一场真正的“逐底竞赛”。

目前超分辨率显微镜有两种方法。在第一种方法中，称为单分子定位显微镜(SMLM)，研究人员确保分子是随机打开或关闭的。“大多数时候它们是关闭的，但有时它们会亮起来，”斯托林加解释说。“当你制作视频时，你会看到一个闪烁的星空，每颗星星都是一个分子的一点光。由于不同的分子只是偶尔被激活，所以你可以非常精确地确定它们的位置。如果你分析整个电影，你就可以重建你所看到的细胞结构。”

光建模

SMLM的限制是只有几百到几千个光子从分子中释放出来。相比之下，当你看着自己的手时，你的视网膜上的光子数量大约是1000,000,000,000,000,000。研究人员Carlas Smith说:“我们问自己的问题是:我们如何更好地利用荧光分子发出的少量光?”

这就是超分辨率显微镜的第二种方法的由来。利用这种方法，结构照明显微镜(SIM)研究人员将激光建模成一种非常精细的光-暗-光-暗条纹图案。然后他们将这种模式投射到样本上。“如果一个分子在一束光中，我们激发它，它就开始发射光子，让我们看到它。然而，如果分子在黑暗区域，我们就看不到它了，”史密斯解释道。“通过在样本上放置水平和垂直条纹的光模式，并来回移动，我们可以非常精确地确定分子的位置。”

三个维度

经过大量的理论和实践工作，代尔夫特的研究人员成功地结合了两种技术，SMLM和SIM，在一个设置。他们称他们的新技术为SIMFLUX。为了证明这种方法的有效性，研究人员对一个人工合成的DNA结构进行了成像。研究人员Bernd Rieger说:“我们又花了一年的时间来观察细胞内部。”通过这些努力，我们对构成细胞骨架的蛋白质线和蛋白质管有了清晰的认识，即所谓的细胞骨架。

新方法是向前迈出的一大步。它可以让研究人员放大到5到10纳米的结构，大约是现有SMLM方法的两倍。还有改进的余地吗?可能如此。Rieger说:“合理的下一步是制作三维图像。”“这是另一个巨大的挑战，但我们已经有了一些想法。”

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