[图]科学家研发新材料 能大幅提升光学显微镜的分辨率

2021年06月02日 11:37 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

来自加州大学圣地亚哥分校的电气工程师们开发了一种能大大提高普通光镜分辨率的新技术,从而可以直接用来观察活细胞中更精细的结构和细节。在应用这项新技术之后,能够将传统的光学显微镜变成所谓的超级分辨率显微镜。这项技术主要使用到了一种特殊的工程材料,当它照亮样品时缩短了光的波长--这种缩小的光从本质上使显微镜能以更高的分辨率成像。

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加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程系教授刘兆伟(Zhaowei Liu,音译)表示:“这种材料将低分辨率的光转换为高分辨率的光。它非常简单,易于使用。只要把样品放在材料上,然后把整个东西放在普通的显微镜下--不需要花哨的修改”。

这项新技术发表在《Nature Communications》上,克服了传统光学显微镜的一个局限性--低分辨率。光镜对活细胞成像很有用,但它们不能用来看更小的东西。传统的光学显微镜的分辨率限制为200纳米,这意味着任何比这一距离更近的物体都不会被观察到。虽然有更强大的工具,如电子显微镜,它的分辨率可以看到亚细胞结构,但它们不能用来给活细胞成像,因为样品需要放在真空室里。

刘教授表示:“主要的挑战是找到一种具有非常高的分辨率,并且对活细胞也是安全的技术”。刘的团队开发的技术结合了这两个特点。有了它,传统的光学显微镜可以用来对活体亚细胞结构进行成像,分辨率可达40纳米。

该技术由一个显微镜载玻片组成,该载玻片上涂有一种叫做双曲超材料的光收缩材料。它是由纳米级的银和硅玻璃交替层组成的。当光线通过时,其波长缩短并散射,产生一系列随机的高分辨率斑点图案。

当一个样品被安装在载玻片上时,它以不同的方式被这一系列的斑点光图案所照亮。这就产生了一系列的低分辨率图像,这些图像都被捕获,然后由一个重建算法拼凑起来,产生一个高分辨率的图像。

研究人员用一台商用倒置显微镜测试了他们的技术。他们能够对荧光标记的Cos-7细胞中的精细特征(如肌动蛋白丝)进行成像--这些特征仅使用显微镜本身是无法清楚辨别的。该技术还使研究人员能够清楚地分辨出间隔为40至80纳米的微小荧光珠和量子点。

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