徐濤/紀偉團隊在超分辨顯微鏡研製領域取得新突破

4月1日,徐濤院士課題組與紀偉課題組在Nature Methods雜志發表了題為”Molecular-scale axial localization by repetitive optical selective exposure”的研究論文,提出了一種軸向單分子定位成像新技術,並據此研製出新型干涉定位顯微鏡(ROSE-Z),把單分子定位成像的軸向分辨率提升到了納米尺度。

這是該團隊在2019年超高分辨成像重大成果(Nature Methods,2019,https://doi.org/10.1038/s41592-019-0544-2)的延續,在側向分辨極限已突破3 nm後,通過引入非對稱干涉光路,進一步突破了分辨率的極限,其軸向定位精度比傳統的柱面鏡成像方法提高6倍以上。

徐濤/紀偉團隊在超分辨顯微鏡研製領域取得新突破

圖1. 上圖:ROSE-Z定位原理,左下:ROSE-Z與柱面鏡成像PSF比較,右下:ROSE-Z與柱面鏡成像定位精度比較

通過ROSE-Z顯微鏡提供的高分辨率三維解析能力,成功實現了對細胞內微管直徑約40-50 nm中空結構的解析。這種三維解析能力是現有柱面鏡成像方法所無法實現的(圖2)。同時團隊在ROSE-Z顯微鏡的基礎上擴展了多色成像以及厚樣品成像功能,對細胞樣品進行了納米精度三維雙色成像(圖3),並驗證了細胞厚樣品成像能力(圖4)。這些結果證明該方法在具備優異的軸向分辨率的同時,也具備很高的可擴展性以及操作便捷性,為細胞內三維納米結構的研究提供了有力的研究工具。

徐濤/紀偉團隊在超分辨顯微鏡研製領域取得新突破

圖2. ROSE-Z對微管中空結構解析

徐濤/紀偉團隊在超分辨顯微鏡研製領域取得新突破

圖3. 雙色ROSE-Z成像對微管及線粒體外膜的同時解析

徐濤/紀偉團隊在超分辨顯微鏡研製領域取得新突破

圖4. ROSE-Z用於解析厚度約2.4微米的線粒體外膜結構

徐濤院士團隊近年來聚焦於顯微成像儀器設備和技術方法的開發,提出了一系列新的超分辨顯微成像算法、探針和技術,並廣泛應用於細胞生物學研究,相關工作發表於《Nature Methods》(4篇)、《Cell Research》(3篇)、《Cell Metabolism》、《EMBO J.》、《PNAS》、《Nature Communications》、《Protein Cell》、《Biophysical Journal》等雜志,並申請專利20多項。

徐濤院士和紀偉研究員為該論文共同通訊作者,高級工程師谷陸生、工程師李媛媛、博士生張淑文為共同第一作者。該工作受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中國科學院戰略性先導科技專項(B類)”生物大分子復合體結構與功能的跨尺度研究”以及北京市科委等資助。

文章鏈接:https://dx.doi.org/10.1038/s41592-021-01099-2

來源:cnBeta