觀察納米級生命如何運作的能力是我們這個時代的重大挑戰(zhàn)。

標準的光學顯微鏡可以對細胞和細菌進行成像，但不能通過衍射物理效應模糊納米級特征。

在過去的二十年中，光學顯微鏡已經(jīng)發(fā)展到克服這種衍射極限; 然而，這些所謂的超分辨率技術通常需要昂貴且精細的儀器或成像程序。

現(xiàn)在，來自ARC Center of Excellence of Nanoscale BioPhotonics(CNBP)的澳大利亞研究人員在Nature Communications上報告了一種使用標準光學成像工具繞過衍射限制的簡單方法。

主要作者Denitza Denkova博士和麥格理大學CNBP節(jié)點的Martin Ploschner博士說：“與生物學家緊密合作，激勵我們尋找一種解決方案，將超分辨率從復雜而昂貴的成像方法轉(zhuǎn)變?yōu)槿粘Ｉ钌锍上窦夹g。“

Ploschner博士解釋了該技術的工作原理：“我們已經(jīng)確定了一種特殊類型的熒光標記，即所謂的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，它可以進入一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，粒子發(fā)出的光以超線性的方式突然生長 - 當增加激發(fā)光強度。我們的關鍵發(fā)現(xiàn)是，如果在正確的成像條件下利用這種效果，任何標準掃描光學顯微鏡都可以自發(fā)地以超分辨率成像。

“雖然我們選擇在最常用的光學顯微鏡之一上展示這種上轉(zhuǎn)換超線性激發(fā) - 發(fā)射(uSEE) - 共焦顯微鏡 - 實際上任何類型的掃描顯微鏡或顯微鏡都涉及照明強度的變化可以受益從這種分辨率的自發(fā)提高。“

Denitza Denkova博士表示，uSEE方法僅通過降低光照強度就可以將分辨率提高到超出衍射極限。

“我們的方法與所有其他現(xiàn)有的超分辨率方法的工作方向相反;激光功率越低，分辨率越高，生物樣品光損傷的風險越低，”她說。

“最重要的是，超級分辨率可以在沒有設置修改和圖像處理的情況下實現(xiàn)。因此，這種方法有可能進入任何生物實驗室，幾乎不需要額外費用。”

“我們的工作價值在于首次使用生物學上方便的顆粒在三維生物環(huán)境中實現(xiàn)該技術。我們建議修改納米顆粒的成分和成像條件，從而觸發(fā)自發(fā)超級- 在實際相關的顯微鏡配置下進行解決。我們還開發(fā)了一個理論框架，允許最終用戶調(diào)整粒子成分和成像條件，并在他們自己的實驗室環(huán)境中實現(xiàn)超分辨率。

“我們的工作使顯微鏡專家能夠用他們現(xiàn)有的工具以新的方式展望。”

麥格理大學的CNBP節(jié)點負責人James Piper AM教授也是該論文的作者，他說這個概念已經(jīng)存在了一段時間，但由于需要結(jié)合生物學的不同研究領域，其實際實現(xiàn)難以捉摸，材料科學，光學工程和物理。

Piper教授說：“CNBP為具有不同專業(yè)知識的科學家提供了一個理想的會議平臺，可以將這個想法從繪圖板轉(zhuǎn)移到實用的成像工具上。”