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超材料让薄片显微镜具有超分辨率

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圣地亚哥,2021年6月4日——加州大学圣地亚哥分校开发的一种双曲超材料使普通光板显微镜能够观察亚细胞结构——换句话说,使普通光学显微镜具有超分辨率。这种材料由纳米级的银和硅玻璃交替层组成,当样品被照亮时,它缩短了光的波长,使显微镜可以看到超过衍射极限的东西。

在应用中,光收缩材料将低分辨率光转换为高分辨率灯,Zhaowei Liu表示,电气和计算机工程教授Zhaowei Liu表示,电脑工程教授。“它非常简单且易于使用。只需将样品放在材料上,然后将整个东西放在正常的显微镜下 - 不需要花哨的改装,“刘说。

这项工作克服了传统光学显微镜的一个主要限制,以及更普遍的超分辨率成像方法的限制。光学显微镜对观察活细胞很有用,也可以用其他方法,如电子显微镜显微镜,允许观察者看到亚细胞结构,尽管样品必须放置在真空室。其他方法包括改变细胞,如扩张显微镜。光学显微镜可以让研究人员在自然状态下观察活细胞,尽管200纳米分辨率的传统光学显微镜无法观察到比这个距离更近的物体。

刘说:“主要的挑战是找到一种技术,它既具有很高的分辨率,又对活细胞安全。”

技术刘的团队发展结合了这两个功能。通过涂覆在载玻片上的双曲金超材料,普通的光学显微镜能够看到亚细胞结构,分辨率高达40nm。随着光通过,其波长缩短和散射以产生一系列随机的高分辨率斑点图案。当样品安装在幻灯片上时,通过该系列的斑点光图案以不同的方式照亮,创建一系列低分辨率图像。捕获图像,然后通过重建算法拼凑在一起以产生高分辨率图像。

研究人员用商业倒置显微镜测试了该技术。它们能够在荧光标记的COS-7细胞中以荧光标记的COS-7细胞等肌动蛋白细丝等细胞图像图像,这是在使用显微镜时不可辨别。该技术还使研究人员能够清楚地区分间隔40至80nm的微小荧光珠和量子点。

这种光收缩材料使传统的光学显微镜变成超分辨率显微镜。由赵俊祥提供
这种光收缩材料使传统的光学显微镜变成超分辨率显微镜。由赵俊祥提供。

据研究人员称,该技术在高速运行方面有很大潜力。他们的目标是将高速、超分辨率和低光毒性结合到一个系统中,用于活细胞成像。

该团队正在努力扩展3D空间高分辨率成像技术;目前的论文表明,该技术可以在2D平面中产生高分辨率图像。该团队以前发表了一篇论文,表明该技术也能够以大约2nm的超高轴分辨率成像。他们现在正在努力结合两者。

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的支持。

这项研究发表在自然通讯www.doi.org/10.1038/s41467-021-21835-8).


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2021年6月
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