產品 求購 供應 文章 問題

0431-81702023
光學工程
“鏡里乾坤”:干涉增強提升超分辨顯微之分辨率

鏡子或許是人類最早發明的光學器件。迄今為止,它仍然在我們日常生活中扮演著重要角色。通過將一個簡單的反射鏡面引入生物樣品平臺當中,北京大學席鵬課題組解決了一個長期以來困擾科學家的問題:將顯微鏡的三個維度的分辨率同時提升,以便對細胞進行更好地觀察。


圖1. MEANS的原理示意圖以及利用MEANS-STED對細胞核孔蛋白的觀察結果

通常,顯微鏡由于僅能收集朝向探測器傳播的光,因而便損失掉了透過樣品的光,由此造成軸向分辨率(600 nm以上)比水平分辨率(200 nm)要低。那么能否實現有效利用透射光以提高顯微系統的分辨本領?

該課題組所發展的鏡面增強技術(MEANS)巧妙地利用了透射光與入射光的干涉效應,從而實現了軸向分辨率的大幅提高。在實驗中,通過在樣品上方加裝一面反射鏡,當透射光到達鏡面后會發生反射。反射波會和入射波發生相互干涉,形成一層約100 nm的干涉增強層。干涉增強層將成像平面約束在其中,由此導致該技術所達到的軸向分辨率與傳統的共聚焦顯微技術相比提升了6倍。

MEANS技術與另一種利用倏逝波實現近場約束的顯微手段——TIRF技術形成了互補,二者結合可以將處于細胞不同層面的精細結構清晰地顯示出來(圖1)。相關工作發表在Light: Science & Applications [5, e16134 (2016)]上。

值得一提的是,MEANS技術只要求稍微改變樣品制備過程(將鏡子加入樣品后方),且不需要改變系統的光路,因此可以與幾乎所有共聚焦技術完美地結合。該研究團隊在多色共聚焦、轉盤式共聚焦、多光子等不同系統上應用這一方法都成功地實現了軸向超分辨。

MEANS技術的另一個特點是,將其與STED超分辨技術結合后,不僅能夠提升STED的軸向分辨率,同時能夠使得STED在不增加光強的條件下,橫向分辨率也得到提升。

由于STED的分辨率與光場強度呈根號反比的關系,理論上,通過大幅提高STED激光強度,是可以提升分辨率的。然而,由于生物樣品能夠承受的光強有限,因此通過增加光強以實現高分辨率的方案并不現實。

而MEANS通過干涉增強,能夠使光場強度提高3.6倍,也即是說,在不增加入射光強的前提下,分辨率便能夠提升約2倍。這一發現對于生物樣品成像的應用至關重要。

該研究工作利用MEANS增強的STED實現了19nm 的分辨率。這也是STED超分辨在生物樣品上達到的分辨率的最高紀錄。利用三維分辨率的提升,研究人員還揭示了人類呼吸道合胞體病毒絲的精細結構,這是常規超分辨技術所無法觀測到的。

該成果發表后,得到了Nature Photonics的亮點報道,以及多家國際媒體如ScienceDaily, BioOpticsWorld, Nanotechnology World等的高度評價。


版權信息:長春市金龍光電科技有限責任公司 | 聯系電話:0431-81702023 | 網站備案號:吉ICP備07002350號-1 | EMAIL:[email protected]
35选7中奖号码