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  • 奧林巴斯顯微鏡一種新型的超高分辨率熒光顯微鏡技術

    2016-05-03新聞資訊

    在日本理化學研究所(日本定量生物學中心),奧林巴斯株式會社(社長:Hiroyuki Sasa)一個合作項目,通過其科學解決方案業務,開發了一種新的超高分辨率熒光顯微鏡技術,允許觀察活細胞與超微結構的顯著減少在圖像采集時間。

    當進行顯微觀察,也有一定的限制,空間分辨率,*1,也即,觀察對象的精細程度和一般的光學顯微鏡的空間分辨率的能力通常是大約200牛米的最大*2超分辨率顯微鏡打破通過這些限制,允許觀察細結構。2014年諾貝爾化學獎頒給了研究人員已啟用顯著的研究進展,在生命科學領域作出超高分辨率熒光顯微鏡技術的突破性發明。

    我們的新技術使得有可能實現的空間分辨率的約100nm,相當于由結構照明顯微鏡(SIM)來實現,幾種超分辨率熒光顯微技術*3,具有1/100秒的時間分辨率*4的新技術使細胞器*5的迅猛動力,而積極地活細胞中移動的影像。這技藝已無法實現使用常規的超分辨率熒光顯微鏡技術,因為需要用于圖像采集的時間從約1秒至數分鐘的范圍內。提出這一重大飛躍在超高分辨率熒光顯微鏡有望顯著擴大我們的生物現象的理解。

    這種技術可以通過修改常規共聚焦顯微鏡*6來實現,預計該裝置可以容易地安裝和其他預先存在的超分辨率熒光顯微鏡相比。

    在技術文章的網絡版發布(2月25日)提前將發表在5月1日出版的美國社會的細胞生物學雜志“單元格,分子生物學”的印刷版。

    注意事項:?
    * 1:區分兩個點或兩行的能力。?較小的值表示更高的空間分辨率,這使得觀察細結構的?
    * 2:一納米(nm)等于百萬分之一毫米?
    * 3:可以通過分析9 to25圖像,這是由投射條紋圖案形成的波紋干涉圖案增加空間分辨率高達2倍相比傳統的顯微鏡的一種方法?
    * 4:創建圖像的觀察下一個區分變化的最短時間的變化。較小的值表示更高的時間分辨率,這使得能夠區分正在改變以高速圖像?
    * 5:具有特定的結構和功能,例如內質網,高爾基體和線粒體亞細胞復合物?
    * 6:A型顯微鏡,使三維成像通過關注試樣激發束,并阻止任何熒光光中,未從焦點到來。

    科學解決方案業務:?
    奧林巴斯科學的解決方案的主要產品包括光學顯微鏡,工業內窺鏡,和無損檢測設備。奧林巴斯在醫療保健,生命科學和工業領域有助于研發,改進,在生產現場的質量控制,并通過飛機和大型工業廠房的檢查安全和社會基礎設施的可靠性。

    (參考資料:研究提綱)

    <背景>:?
    在19世紀,一個名為恩斯特·阿貝和其他科學家德國物理學家表明,光學顯微鏡的空間分辨率僅限于使用(衍射極限)的光約一半的波長,這是一個長期持有的信念,即最小使用可見光顯微鏡觀察的對象為200nm。從2000年代,但是,各種超分辨率熒光顯微鏡已經開發了與實現的空間分辨率超過衍射極限的目的。?這導致了100納米或更小正在實現的空間分辨率。這些超分辨率顯微鏡技術,但是,需要顯著時間進行成像,使得它們不適合用于活細胞成像,一種技術,它允許觀察活細胞。?在這項研究中,因此,我們將重點放在顯微鏡的發展與1/100秒的時間分辨率,這使得活細胞成像成為可能。

    <科技>:?
    分析集中于結構照明顯微鏡(SIM)的常規的超分辨率熒光顯微鏡技術之一。結果發現,有SIM成像和共聚焦顯微鏡成像理論之間的相似之處。我們研究了使用我們的磁盤掃描單元(DSU)這件事,并發現,在質量上與SIM的等效超分辨率圖像可以如一個旋轉盤上的條紋圖案被修改來獲得。因此,我們命名為術“旋轉盤的超分辨率顯微鏡(SDSRM)”(如圖1)。 奧林巴斯顯微鏡
    接著,使用熒光珠,該系統的空間分辨率在被設計來驗證的原理的實驗測試,結果發現,根據理論計算,這是可以實現的約100nm的空間分辨率(圖2)。?此外,我們通過改變相機和照明光源的那些是更適合于高速成功地觀察到具有100nm空間分辨率的活細胞的超微結構,在1/100秒(時間分辨率)的最大快門速度成像。


    圖1.旋轉盤超分辨率顯微鏡原理圖?
    左圖:光路示意圖。?照明光(藍色表示)和光從樣品(以綠色表示)經過在磁盤上的相同位置,產生共焦的效果。?
    右:一個磁盤上的條紋圖案的示意圖。?超分辨率的觀察成為可能通過使一個條紋圖案是比傳統的圖案更精細。


    圖2.證明性的原理性實驗使用熒光珠?
    使用傳統的熒光顯微鏡獲得的圖像:左?
    使用旋轉盤超分辨率顯微鏡獲得的圖像:右?
    (比例尺,500納米)

    <結果>?
    旋轉盤超分辨率顯微技術的發展已經使人們有可能觀察超微結構的動力學在活細胞。因為該技術可以通過修改常規共焦顯微鏡來實現,引入該裝置的比較容易與其它預先存在的超分辨率熒光顯微鏡技術相比。旋轉盤超分辨率顯微技術的原理進一步發展應該允許其應用到原則上其他共聚焦顯微鏡技術。

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