突破超分辨率顯微鏡極限：自對準顯微鏡

超越了獲得諾貝爾獎的超分辨率顯微鏡的局限性的超精密顯微鏡將使科學家們直接測量單個分子之間的距離。

新南威爾士大學的醫學研究人員在單分子顯微鏡中檢測完整細胞內單個分子之間的相互作用方面已實現了空前的解析能力。

2014年諾貝爾化學獎因超分辨率熒光顯微鏡技術的發展而獲獎，該技術為顯微鏡專家提供了細胞內部的第一個分子視圖，該功能為復雜的生物系統和過程提供了新的分子觀點。

現在，單分子顯微鏡的檢測極限再次被打破，其詳細信息已發布在最新一期的《科學進展》上。

雖然已經可以通過超高分辨率顯微鏡觀察和跟蹤單個分子，但是這些分子之間的相互作用發生的規模至少比現有單分子顯微鏡所分辨的規模小四倍。

“單分子顯微鏡的定位精度通常在20到30納米左右的原因通常是因為顯微鏡在檢測信號時實際上會移動。這導致了不確定性。使用現有的超分辨率儀器，我們可以不能確定一種蛋白質是否與另一種蛋白質結合了，因為它們之間的距離比其位置的不確定性要短。”

為了解決這個問題，該團隊在單分子顯微鏡內部建立了自動反饋回路，該回路可以檢測并重新對準光路和鏡臺。

“您對這款顯微鏡做什么都無所謂，它基本上可以在納米級的精度下找到回程。這是一款智能顯微鏡。它可以完成操作員或服務工程師需要做的所有事情，并且可以做到這一點每秒12次。”高斯教授說。

測量蛋白質之間的距離

通過本文概述的設計和方法，UNSW團隊設計的反饋系統可與現有顯微鏡兼容，并為樣品制備提供最大的靈活性。

“這是一個解決主要成像問題的非常簡單而優雅的解決方案。我們只是在顯微鏡內建立了一個顯微鏡，并且所做的就是將主顯微鏡對準了。我們發現的解決方案簡單實用，這是它的真正優勢。易于克隆系統，并迅速采用新技術。”高斯教授說。

為了證明其超精密反饋單分子顯微鏡的實用性，研究人員使用它在T細胞中的信號蛋白之間進行直接距離測量。細胞免疫學中一個普遍的假設是，當T細胞受體靠近另一個充當剎車的分子時，這些免疫細胞保持靜止狀態。

他們的高精度顯微鏡能夠顯示這兩個信號分子實際上在活化的T細胞中彼此進一步分離，釋放了制動并開啟了T細胞受體信號傳導。

高斯教授說：“常規的顯微鏡技術將無法精確測量如此小的變化，因為靜止的T細胞和活化的T細胞中這些信號分子之間的距離僅相差4-7納米。”

“這還顯示了這些信號傳遞機制對空間隔離的敏感程度。為了識別此類調節過程，我們需要執行精確的距離測量，這就是該顯微鏡所能實現的。這些結果說明了該技術在發現，無法通過其他任何方式制造。”

博士后研究員Simao Pereira Coelho博士和博士 學生Jongho Baek-此后獲得博士學位。學位—領導了該系統的設計，開發和構建。白博士還獲得了院長杰出博士學位獎。