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奥林巴斯显微镜一种新型的超高分辨率荧光显微镜技术

2015-07-06  发布者:admin 

在日本理化学研究所(日本定量生物学中心),奥林巴斯株式会社(社长:Hiroyuki Sasa)一个合作项目,通过其科学解决方案业务,开发了一种新的超高分辨率荧光显微镜技术,允许观察活细胞与超微结构的显著减少在图像采集时间。

当进行显微观察,也有一定的限制,空间分辨率*1也即,观察对象的精细程度和一般的光学显微镜的空间分辨率的能力通常是大约200牛米的最大*2超分辨率显微镜打破通过这些限制,允许观察细结构。2014年诺贝尔化学奖颁给了研究人员已启用显著的研究进展,在生命科学领域作出超高分辨率荧光显微镜技术的突破性发明。

我们的新技术使得有可能实现的空间分辨率的约100nm,相当于由结构照明显微镜(SIM)来实现几种超分辨率荧光显微技术*3,具有1/100秒的时间分辨率*4的新技术使细胞器*5的迅猛动力,而积极地活细胞中移动的影像。这技艺已无法实现使用常规的超分辨率荧光显微镜技术,因为需要用于图像采集的时间从约1秒至数分钟的范围内。提出这一重大飞跃在超高分辨率荧光显微镜有望显著扩大我们的生物现象的理解。

这种技术可以通过修改常规共聚焦显微镜*6来实现,预计该装置可以容易地安装和其他预先存在的超分辨率荧光显微镜相比。

在技术文章的网络版发布(2月25日)提前将发表在5月1日出版的美国社会的细胞生物学杂志“单元格,分子生物学”的印刷版。

注意事项: 
* 1:区分两个点或两行的能力。 较小的值表示更高的空间分辨率,这使得观察细结构的 
* 2:一纳米(nm)等于百万分之一毫米 
* 3:可以通过分析9 to25图像,这是由投射条纹图案形成的波纹干涉图案增加空间分辨率高达2倍相比传统的显微镜的一种方法 
* 4:创建图像的观察下一个区分变化的最短时间的变化。较小的值表示更高的时间分辨率,这使得能够区分正在改变以高速图像 
* 5:具有特定的结构和功能,例如内质网,高尔基体和线粒体亚细胞复合物 
* 6:A型显微镜,使三维成像通过关注试样激发束,并阻止任何荧光光中,未从焦点到来。

科学解决方案业务: 
奥林巴斯科学的解决方案的主要产品包括光学显微镜,工业内窥镜,和无损检测设备。奥林巴斯在医疗保健,生命科学和工业领域有助于研发,改进,在生产现场的质量控制,并通过飞机和大型工业厂房的检查安全和社会基础设施的可靠性。

(参考资料:研究提纲)

<背景>: 
在19世纪,一个名为恩斯特·阿贝和其他科学家德国物理学家表明,光学显微镜的空间分辨率仅限于使用(衍射极限)的光约一半的波长,这是一个长期持有的信念,即最小使用可见光显微镜观察的对象为200nm。从2000年代,但是,各种超分辨率荧光显微镜已经开发了与实现的空间分辨率超过衍射极限的目的。 这导致了100纳米或更小正在实现的空间分辨率。这些超分辨率显微镜技术,但是,需要显著时间进行成像,使得它们不适合用于活细胞成像,一种技术,它允许观察活细胞。 在这项研究中,因此,我们将重点放在显微镜的发展与1/100秒的时间分辨率,这使得活细胞成像成为可能。

<科技>: 
分析集中于结构照明显微镜(SIM)的常规的超分辨率荧光显微镜技术之一。结果发现,有SIM成像和共聚焦显微镜成像理论之间的相似之处。我们研究了使用我们的磁盘扫描单元(DSU)这件事,并发现,在质量上与SIM的等效超分辨率图像可以如一个旋转盘上的条纹图案被修改来获得。因此,我们命名为术“旋转盘的超分辨率显微镜(SDSRM)”(如图1)。 奥林巴斯显微镜
接着,使用荧光珠,该系统的空间分辨率在被设计来验证的原理的实验测试,结果发现,根据理论计算,这是可以实现的约100nm的空间分辨率(图2)。 此外,我们通过改变相机和照明光源的那些是更适合于高速成功地观察到具有100nm空间分辨率的活细胞的超微结构,在1/100秒(时间分辨率)的最大快门速度成像。


旋转盘超分辨率显微镜图1.原理图 
左图:光路示意图。 照明光(蓝色表示)和光从样品(以绿色表示)经过在磁盘上的相同位置,产生共焦的效果。 
右:一个磁盘上的条纹图案的示意图。 超分辨率的观察成为可能通过使一个条纹图案是比传统的图案更精细。



图2.证明性的原理性实验使用荧光珠 
使用传统的荧光显微镜获得的图像:左 
使用旋转盘超分辨率显微镜获得的图像:右 
(比例尺,500纳米)

<结果> 
旋转盘超分辨率显微技术的发展已经使人们有可能观察超微结构的动力学在活细胞。因为该技术可以通过修改常规共焦显微镜来实现,引入该装置的比较容易与其它预先存在的超分辨率荧光显微镜技术相比。旋转盘超分辨率显微技术的原理进一步发展应该允许其应用到原则上其他共聚焦显微镜技术。

在制品上的信息 
标题:用旋转盘共聚焦显微镜光学超快超分辨率荧光成像 
作者:林真一和冈田靖 
期刊:细胞分子生物学 
DOI:10.1091 / mbc.E14-08-1287(打印前在网上公布)