科學人員開發出納米級三維各向同性超分辨顯微鏡

　　12月2日，中國科學院生物物理研究所研究團隊，研制出三維干涉定位顯微鏡（ROSE-3D），并在單分子定位成像領域，實現了基于相機的納米尺度三維各向同性分辨率。團隊通過設計基于光電偏轉器的高速切換照明光路，使ROSE-3D在X、Y、Z三個方向同時引入干涉光，實現了小于1微秒的干涉條紋切換時間。

　　傳統的基于圖形質心定位的單分子定位顯微鏡，各方向分辨率有較大差異，且三維樣本中離焦單分子成像光斑變大，也會導致分辨率大幅下降。ROSE-3D通過三維干涉定位，擺脫了對單分子形狀的依賴，在約一微米景深范圍內，可將橫向定位精度提升2倍至6倍，軸向定位精度提升3.5倍至8倍。ROSE-3D單層成像憑借優異的三維解析能力，可對細胞內1微米厚度的結構實現納米分辨率的解析。

　　進一步，團隊拓展了ROSE-3D多色與多層成像功能，實現了對COS-7細胞中核纖層蛋白lamin A/C與lamin B1的雙色成像。統計分析顯示，lamin A/C分布于lamin B1內側，兩者間距約10納米，這是首次從三維全細胞核尺度揭示該分布的特征。同時，團隊利用三維各向同性納米分辨能力，捕捉到了線粒體分裂關鍵蛋白DPR1組成的復合體在線粒體外膜組裝成螺旋狀、環狀等多種形態，這也是首次在原位實現對該蛋白復合物的結構解析。

　　研究表明，ROSE-3D作為一項三維多色納米分辨率成像新技術，以超高分辨率，實現對亞細胞器結構以及生物大分子復合物的精準定位與組裝分析，為細胞原位三維納米結構的研究提供了技術支持。該研究突破了傳統光學超分辨成像分辨率各向異性的瓶頸，克服了成像方向和深度上的不均一性難題，實現了分子尺度的三維各向同性超分辨率成像。同時，ROSE-3D在解析生物樣品內三維納米結構，以及揭示生物大分子的原位組裝機制等方面具有重要意義。目前，該技術已在懷柔科學城實現落地轉化，助力高端科學儀器國產化。

　　相關研究成果發表在《自然-方法》（Nature Methods）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院以及北京市等的支持。