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低成本的超高分辨率成像

导读: 显微镜一直是生物学研究中的重要工具,随着技术的发展显微镜的分辨率在不断提高。最新的超高分辨率显微镜已经达到了超越衍射极限的分辨率。现在MIT的研究团队通过另一种巧妙的方式达到了同样的目的。

  显微镜一直是生物学研究中的重要工具,随着技术的发展显微镜的分辨率在不断提高。最新的超高分辨率显微镜已经达到了超越衍射极限的分辨率。现在MIT的研究团队通过另一种巧妙的方式达到了同样的目的。

  研究人员并没有在显微镜上下功夫,而是从组织样本下手,利用一种吸水膨胀的聚合物将组织样本整体放大。这种方法非常简单成本也很低,能用普通共聚焦显微镜达到超越200nm的分辨率。这项发表在Science上的成果,能使更多科学家接触到超高分辨率成像。

  “你在常规显微镜下就可以实现超高分辨率成像,不需要购买新设备,”文章的资深作者,MIT的副教授Ed Boyden说,Fei Chen和Paul Tillberg是这篇文章的第一作者。

  物理放大

  衍射极限曾经是光学显微镜的最大障碍之一,使其分辨率无法突破200nm,然而这个尺度恰恰是生物学家最感兴趣的。为了克服这个问题,科学家们开发了超高分辨率显微技术,该技术获得了去年的诺贝尔化学奖。

  然而,超高分辨率显微镜最适合用于薄样本,成像大样本的时间比较长。“如果想要分析大脑,或者理解肿瘤转移中的癌细胞,或者研究攻击自身的免疫细胞,你需要在高分辨率水平上观察大块的组织,”Boyden说。

  为了使组织样本更容易成像,研究人员使用了聚丙烯酸盐制成的凝胶,这是一种高度吸水的材料,通常用于尿不湿中。

  研究人员首先用抗体标记想要研究的细胞组分或蛋白,这种抗体不仅连有荧光染料,还能够将染料连到聚丙烯酸盐上。研究人员向样本添加聚丙烯酸盐并使其形成凝胶,然后消化掉起连接作用的蛋白,允许样本均匀膨胀。样本遇到无盐的水之后膨胀了100倍,但荧光标记在整个组织中的定位并没有改变。

  人们一般用普通共聚焦显微镜进行荧光成像,不过它的分辨率只能达到几百纳米。研究人员通过放大样本,用共聚焦显微镜达到了70nm的分辨率。“这种膨胀显微技术能够很好的整合到实验室已有的显微系统中,”Chen补充道。

  大样本

  MIT的研究团队用这种膨胀显微技术,在常规共聚焦显微镜下成像了500×200×100微米的大脑组织切片。而其他超高分辨率技术难以成像这么大的样本。

  “其他技术目前可以达到更高的分辨率,但使用起来比较难也比较慢,”Tillberg说。“我们这个方法的优势在于,使用简单而且支持大样本。”

  研究人员认为,这一技术对于研究大脑的神经连接非常有用。Boyden的团队将注意力放在大脑研究上,不过这一技术同样适用于肿瘤转移、肿瘤血管生成、自身免疫疾病等研究。

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