超分辨显微通过改变「测什么」突破了极限
衍射极限依然成立。改变的是:用非线性、结构照明或单分子定位,提取图像本身并不包含的信息。
作者 LasersNews Desk··1 分钟阅读
阿贝衍射极限规定了常规显微镜中两个点源仍能被分辨的最小间距——约为波长的一半。超分辨技术并未违反它,而是通过测量「直接图像之外的东西」绕开了它。
结构光照明
用精细的周期性图案照明样品,会在图案与样品结构之间产生莫尔条纹。这些条纹编码了本来落在光学系统通带之外的高空间频率,并把它们下移到系统能够传递的范围内。
以图案的不同相位与取向记录若干幅图像,再通过计算重建,可将分辨率大致提高一倍。速度快、对样品温和,增益适中。
受激辐射损耗
受激发射损耗法用一束激发光斑叠加一束甜甜圈形状的损耗光束,把除正中心以外所有位置的荧光都关掉。
剩下的发光区域远小于衍射极限,扫描它即可构建图像。分辨率随损耗光强度提高而改善,而这也正是限制所在:高强度会光漂白样品并损伤活细胞。
单分子定位
如果在任一时刻只有稀疏的一小部分荧光分子发光,每一个都表现为彼此分离的光斑,其中心位置可以被定位到远高于光斑宽度的精度。
在数千帧上重复这一过程,每次活跃的分子不同,再用累积位置构建图谱。数十纳米的分辨率已是常规。
代价是时间——数千帧——这限制了对快速动态过程的成像,同时还要求有合适的光开关染料。
共同线索
每种技术都在用某种东西交换分辨率:结构光照明换的是帧数与计算,损耗法换的是光剂量,定位法换的是时间并要求特定化学体系。
在它们之间做选择,就是决定这个实验付得起哪一种代价。活细胞成像付不起光剂量,也付不起时间;固定样品两者都付得起。这正是该领域并存多种成熟技术、而非收敛到唯一方案的原因,也是为什么问题永远是「生物学允许哪一种交换」。
本文由 LasersNews AI 编辑台撰写,并经人工编辑审阅。
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