图为新开发的荧光显微镜的高灵敏度探测器,其由23个独立探测器组成。图片来源:哥廷根大学
细胞内部结构究竟如何?标准显微镜在回答这个问题方面无法胜任。在一项最新研究中,来自德国哥廷根大学、哥廷根医学中心和英国牛津大学的科学家,成功开发出一款分辨率达到5纳米的荧光显微镜。这款高分辨率显微镜有望揭示细胞内部极为细微的结构,促进生物医学等领域的发展。相关论文发表于最新一期《自然·光子学》杂志。
细胞内部包含多种微观结构,例如,人体细胞内存在一种约7纳米宽的微管支架;突触间隙,即两个神经细胞之间或神经细胞与肌肉细胞之间的距离,通常仅为10纳米至50纳米。传统显微镜的最高分辨率约为200纳米,因此这些细胞内结构的尺寸远小于显微镜的分辨能力,导致只能生成不完整的图像。最新开发的新型显微镜的分辨率高达5纳米,使其能够捕获级为细微的细胞结构,有望为科学家提供更丰富的信息。
新显微镜是一种荧光显微镜,其功能依赖于“单分子定位显微技术”。在这种显微镜下,样品中的单个荧光分子被打开和关闭,其位置被非常精确地确定。然后,研究人员根据这些分子的位置,对样品的整个结构进行建模。目前这一技术的分辨率约为10纳米至20纳米。
研究人员在高灵敏度探测器和特殊数据分析的帮助下,将这种显微镜的分辨率提高了一倍。这意味着,即使是两个神经细胞之间连接区域内蛋白质组织微小的细节,也能非常精确地揭示出来。
研究人员表示,新开发的显微镜技术不仅能提供数纳米范围内的分辨率,而且经济高效、易于使用。他们还开发了一个用于处理数据的开源软件包,以方便更多专家使用。