现在可以实时进行超高分辨率显微镜检查

新显微镜拍摄的图像显示了一个活的骨癌细胞，其细胞核（蓝色），线粒体（绿色）和细胞骨架（品红色）。

它们可以使微小的细胞结构可见：尖端的光学显微镜可提供十分之几纳米的分辨率，即百万分之一毫米。到目前为止，由于必须记录更多或更精细的图像数据，所以超分辨率显微镜比传统方法要慢得多。比勒费尔德大学的研究人员与耶拿（Jena）的合作伙伴一起，现已进一步开发了超分辨率SR-SIM工艺。学者表明，SR-SIM也可以实时且以很高的成像速率进行拍摄，因此例如适合于观察非常小的细胞颗粒的运动。他们的发现发表于2019年9月20日的《自然通讯》杂志上。

物理学教授Thomas Huser博士是比勒费尔德大学生物分子物理工作组的负责人。

“这就是使这种显微镜对于生物学或医学应用真正有用的原因。迄今为止的问题是，提供足够高分辨率的显微镜无法以相应的速度显示信息。”比勒费尔德大学生物分子物理工作组负责人Thomas Huser教授说。SR-SIM项目由德国研究基金会（DFG）和欧盟通过MarieSkłodowska-CurieActions资助。

SR-SIM代表“超分辨率结构照明显微镜”，是一种荧光显微镜程序。用激光照射物体。这种光激发样品中的特殊荧光分子，使它们重新发射不同波长的光。显微图像然后显示重新发射的光。“与其他传统的荧光显微镜方法不同，SR-SIM不能均匀地照亮标本，而是具有精细的网格状图案。这项特殊技术可实现更高的分辨率。” Huser说。

该过程包括两个步骤：首先将标本重新发射的光记录在几张个体图像中。然后从这些原始数据在计算机上重建完成的图像。比勒费尔德大学生物分子物理学工作组成员，该研究的主要作者安德烈亚斯·马克维斯（Andreas Markwirth）说：“到目前为止，第二步特别花了很多时间。”因此，比勒费尔德（Bielefeld）研究人员与莱布尼兹光子技术研究所的Rainer Heintzmann博士和耶拿的弗里德里希·席勒大学（Friedrich Schiller University）合作，加快了这一进程。现在设计了显微镜，可以更快地生成原始数据。此外，由于在现代图形卡上使用了并行计算机处理，因此图像重建所需的时间大大减少。

该研究的主要作者是生物分子物理学工作组的物理学家Andreas Markwirth。

在他们的研究中，研究人员在生物细胞上测试了这种新方法，并记录了线粒体（大约一微米大小的细胞器）的运动。“我们已经能够每秒产生约60帧-高于电影胶片的帧速率。测量和图像之间的时间少于250毫秒，因此该技术允许实时记录。” Markwirth说。

迄今为止，超分辨率方法通常已与常规方法结合：使用常规快速显微镜首先发现结构。然后可以使用超分辨率显微镜详细检查这些结构。“但是，有些结构是如此之小，以至于传统显微镜无法找到它们，例如肝细胞中的特定孔。我们的方法既高分辨率又快速，这使生物学家能够探索这种结构。”新显微镜的另一个应用是研究病毒颗粒通过细胞的过程。Huser说：“这使我们能够准确了解感染过程中发生了什么。”他希望显微镜在来年可以用于比勒费尔德大学的此类研究。

超分辨率显微镜仅出现了约20年。1873年，恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）发现，可见光光学系统的分辨率限制在250纳米左右。但是，近年来，已经开发出了几种光学方法来打破所谓的阿贝衍射屏障。2014年，来自美国的William E. Moerner和Eric Betzig以及来自德国的Stefan Hell均因开发约20至30纳米的超高分辨率而获得了诺贝尔化学奖。

参考：Andreas Markwirth，Mario Lachetta，ViolaMönkemöller，Rainer Heintzmann，WolfgangHübner，Thomas Huser和MarcelMüller，“视频速率多色结构照明显微技术，可同时进行实时重建”，Nature Communications.DOI：
10.1038 / s41467-019-12165-x