Nature子刊：徐涛/纪伟团队在超分辨显微镜领域取得新突破

2021

04/08

生物世界

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这些结果证明该方法在具备优异的轴向分辨率的同时，也具备很高的可扩展性以及操作便捷性，为细胞内三维纳米结构的研究提供了有力的研究工具。

4月1日，中国科学院生物物理研究所徐涛院士课题组与纪伟课题组在 Nature Methods 发表了题为： Molecular-scale axial localization by repetitive optical selective exposure 的研究论文。

该论文提出了一种轴向单分子定位成像新技术，并据此研制出新型干涉定位显微镜（ROSE-Z），把单分子定位成像的轴向分辨率提升到了纳米尺度。

这是该团队在2019年超高分辨成像重大成果（Nature Methods，2019）的延续，在侧向分辨极限已突破 3 nm后，通过引入非对称干涉光路，进一步突破了分辨率的极限，其轴向定位精度比传统的柱面镜成像方法提高6倍以上。

图1. 上图：ROSE-Z定位原理，左下：ROSE-Z与柱面镜成像PSF比较，右下：ROSE-Z与柱面镜成像定位精度比较

通过ROSE-Z显微镜提供的高分辨率三维解析能力，成功实现了对细胞内微管直径约40-50 nm中空结构的解析。这种三维解析能力是现有柱面镜成像方法所无法实现的（图2）。同时团队在ROSE-Z显微镜的基础上扩展了多色成像以及厚样品成像功能，对细胞样品进行了纳米精度三维双色成像（图3），并验证了细胞厚样品成像能力（图4）。

这些结果证明该方法在具备优异的轴向分辨率的同时，也具备很高的可扩展性以及操作便捷性，为细胞内三维纳米结构的研究提供了有力的研究工具。、

图2. ROSE-Z对微管中空结构解析

图3. 双色ROSE-Z成像对微管及线粒体外膜的同时解析

图4. ROSE-Z用于解析厚度约2.4微米的线粒体外膜结构

徐涛院士团队近年来聚焦于显微成像仪器设备和技术方法的开发，提出了一系列新的超分辨显微成像算法、探针和技术，并广泛应用于细胞生物学研究，相关工作发表于Nature Methods（4篇）、Cell Research（3篇）、Cell Metabolism、EMBO Journal、PNAS、Nature Communications、Protein Cell、Biophysical Journal 等杂志，并申请专利20多项。

徐涛院士和纪伟研究员为该论文共同通讯作者，高级工程师谷陆生、工程师李媛媛、博士生张淑文为共同第一作者。该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项（B类）"生物大分子复合体结构与功能的跨尺度研究"以及北京市科委等资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41592-021-01099-2

https://doi.org/10.1038/s41592-019-0544-2