Nature Methods发布超分辨率成像技术，可捕捉动态过程

　　

超分辨率显微镜的出现彻底改变了细胞生物学，让科学家能够观察到传统光学显微镜无法清晰成像的微小细胞结构和细节。一些方法通过整合一段时间内拍摄的数百甚至数千帧图像的信息来实现超分辨率成像。

然而，这种方法在固定生物样本（如细胞或组织等）后效果最佳。否则，像线粒体、微管和DNA这类不断运动、变化和相互作用的结构，在使用现有的超分辨率技术时会变得模糊不清。

近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员开发出空间偏振诱导荧光波动成像（SPIFFI）技术。该技术利用荧光的偏振特性，仅需单次相机曝光即可生成活细胞内动态结构和过程的超分辨率图像。

这项研究成果于8月31日发表在《Nature Methods》杂志上，为生物研究中的实时超分辨率成像提供了一个可靠且实用的平台。

共同通讯作者、洛桑联邦理工学院的Aleksandra Radenovic教授表示：“我们的实验表明，SPIFFI不仅能捕捉细胞内快速变化的过程，还能实现超越传统显微镜极限的高通量多维成像。”

为了观察细胞内的纳米级结构，研究人员通常会用荧光分子对其进行标记，这些分子在激光照射下会发出荧光。这样，他们就能通过一段时间内拍摄的数百张或数千张图像来分析这种荧光信号的微小波动。

第一作者兼通讯作者、洛桑联邦理工学院的郭威解释说：“本质上，以前的方法是利用时间信息来解决空间分辨率问题，但这种方法在活细胞上效果并不好。”

SPIFFI采用了一种截然不同的方法：它利用了荧光分子会发射偏振光这一特性。这意味着分子发出的光波会优先沿特定方向振荡，具体取决于分子的方向。SPIFFI将这种荧光分成四个偏振敏感通道，并通过比较所得图像来还原先前隐藏的结构细节。

研究人员在实验中表明，这种方法可将图像分辨率提高至两倍，仅需单次拍摄即可分辨出约为160-170 nm的结构。凭借这项技术，他们能够观察到线粒体和微管的运动，以及细胞融合和分裂等事件，而这些现象使用多帧成像方法很难清晰呈现。

“采用以往的技术，拍摄多张图像只能得到一张超分辨率图像。而借助SPIFFI技术，每一帧图像都是超分辨率的，这意味着我们如今可制作活细胞的超分辨率视频，” 郭威谈道。

“此外，我们还将SPIFFI图像与现有的基于波动的方法无缝整合进行后处理，实现了约80 nm的分辨率。”

目前，研究人员正在努力让SPIFFI成像装置变得更加紧凑，并将其与三维成像技术相结合。

由于其光学硬件可集成到现有的荧光显微镜中，SPIFFI有望成为活细胞生物学、神经科学、生物物理学和药物研发等领域的实用工具，助力研究人员捕捉到纳米尺度下快速发生的现象。