2021年6月1
加州大学圣地亚哥分校的电子工程师开发了一种技术，可以提高普通光学显微镜的分辨率，从而可以直接观察活细胞中更精细的结构和细节。
这项技术将传统的光学显微镜变成了所谓的超分辨率显微镜。它涉及到一种特殊设计的材料，当它照亮样品时，可以缩短光的波长——这种收缩的光本质上使显微镜能够以更高的分辨率成像。
“这种材料能把低分辨率的光转换成高分辨率的光，”加州大学圣地亚哥分校电子与计算机工程教授刘兆伟说。“它非常简单，易于使用。只需要在材料上放一个样本，然后把整个东西放在正常的显微镜下——不需要花哨的修改。”
这本书发表在自然通讯它克服了传统光学显微镜的一个大限制:分辨率低。光学显微镜对活细胞成像很有用，但不能用来观察更小的细胞。传统光学显微镜的分辨率限制为200纳米，这意味着任何比这个距离更近的物体都不能作为单独的物体被观察到。虽然有更强大的工具，如电子显微镜，可以看到亚细胞结构的分辨率，但它们不能用来成像活细胞，因为样本需要放在真空室中。
“主要的挑战是找到一种技术，它有很高的分辨率，而且对活细胞来说是安全的，”刘说。
刘的团队开发的技术结合了这两个特点。有了它，传统的光学显微镜可以用来成像活的亚细胞结构，分辨率高达40纳米。
这项技术包括一个显微镜载玻片，载玻片上涂有一种叫做双曲超材料的光收缩材料。它由纳米薄的银和硅玻璃交替层组成。当光线穿过时，它的波长会缩短并散射，产生一系列随机的高分辨率斑点图案。当样品被安装在幻灯片上时，它会被这一系列的斑点光模式以不同的方式照亮。这将生成一系列低分辨率的图像，这些图像都将被捕获，然后通过重建算法拼接在一起，生成高分辨率的图像。
研究人员用商业倒置显微镜测试了他们的技术。他们能够在荧光标记的Cos-7细胞中成像细微的特征，如肌动蛋白丝，这些特征仅用显微镜本身是无法清楚识别的。该技术还使研究人员能够清楚地分辨出间隔40 ~ 80纳米的微小荧光珠和量子点。
研究人员表示，超分辨率技术在高速运行方面具有巨大潜力。他们的目标是将高速、超分辨率和低光毒性结合到一个活细胞成像系统中。
刘的团队现在正在将这项技术扩展到三维空间的高分辨率成像。本文表明，该技术可以在二维平面上生成高分辨率的图像。刘的团队此前发表了一篇论文，表明该技术也能够实现超高轴向分辨率(约2纳米)的成像。他们现在正致力于将两者结合起来。
论文标题:“通过随机超分辨率散斑的超材料辅助照明纳米显微镜。”合作作者包括:Yeon Ui Lee*， Junxiang Zhao*， Qian Ma*， Larousse Khosravi Khorashad, Clara Posner, Guangru Li, G. Bimananda M. Wisna, Zachary Burns和Jin Zhang, UC San Diego。
这些作者对这项工作做出了同样的贡献
这项工作得到了戈登和贝蒂·摩尔基金会以及美国国立卫生研究院(R35 CA197622)的支持。这项工作是在加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥纳米技术基础设施(SDNI)进行的，SDNI是国家纳米技术协调基础设施的成员，该基础设施由国家科学基金会(ccs -1542148)支持。欧洲杯线上买球
来源:https://ucsd.edu/