Optica Letters文献：超分辨光片成像—全细胞尺度分辨率突破至7.5nm
2025-07-10 来源:本站 点击次数:337重要发现
01光学技术突破
研究团队设计的HOPE-STORM系统攻克了传统显微技术的三大瓶颈：
高数值孔径斜平面成像：采用单物镜（NA=1.40）同时完成照明与检测，通过远程聚焦模块（O2）校正倾斜像差。关键创新在于引入玻璃尖端物镜（O3），通过压缩光锥将有效检测NA提升至1.42，光子收集效率达32.1%，比传统斜平面显微镜（obSTORM）提高3.5倍。
平顶光片照明：四通道激光经鲍威尔棱镜整形为均匀平顶光束，形成30°倾斜照明光片，在x'轴向实现9微米瑞利长度，大幅降低光毒性。
双通道同步采集：利用二向色镜分光设计，双相机同步采集信号，确保双色成像串扰率<1%，为蛋白质互作研究奠定基础。
02成像性能验证在COS-7细胞微管成像实验中，系统展现出卓越性能：
单分子定位精度：横向定位精度达7.59 nm（y轴），轴向精度29.3 nm
全细胞成像能力：通过压电平台实时漂移校正（<5 nm）和TB级数据处理管线，实现5×5 μm大视野拼接，突破传统超分辨显微镜的视野限制
03生物学应用突破
核孔复合体纳米测绘
在U2OS细胞中，通过DNA-PAINT技术标记Nup96蛋白，首次获得全细胞核尺度下NPC的三维结构：
重建308个核孔复合体，解析出53.2±5.7 nm的核质环间距
傅里叶环相关（FRC）分析显示分辨率达7.5 nm，创斜平面显微镜分辨率新纪录
线粒体分裂机制解密
通过双色成像技术同步捕捉线粒体外膜与DRP1蛋白：
发现DRP1在分裂位点形成直径200-600 nm的环状结构
首次建立线粒体分裂三阶段模型：
早期阶段：DRP1环直径>400 nm，起始募集
中期阶段：环收缩至200-400 nm，线粒体出现明显缢缩
晚期阶段：DRP1解聚，线粒体完成分裂
创新与亮点
01攻克三大技术壁垒
NA损失难题：玻璃尖端物镜设计解决传统斜平面显微镜的NA衰减问题，使有效NA达1.42，为单分子成像提供充足光子
深度成像局限：平顶光片照明结合30°倾斜角设计，将成像深度延伸至全细胞范围，信噪比比TIRF技术提升5倍
动态追踪瓶颈：通过嵌入式聚苯乙烯珠实时定位，实现纳米级漂移校正，支持长达数小时连续观测
02开创性应用价值细胞器互作解析：首次在完整细胞中量化DRP1环状结构尺寸，修正体外冷冻电镜得出的模型误差
标准化生物标尺：以核孔复合体为基准建立7.5 nm分辨率标准，为超分辨显微镜性能评估提供新范式
大数据处理革新：开发TB级图像拼接算法，实现斜平面到水平面的几何畸变校正，处理效率比传统方法提升20倍
总结与展望
HOPE-STORM系统通过融合高数值孔径物镜、玻璃尖端光路优化及平顶光束照明三大核心技术，成功突破超分辨显微镜在成像深度与分辨率间的传统权衡。其7.5纳米精度的全细胞三维成像能力，不仅首次实现核孔复合体的原位纳米测绘，更揭示DRP1蛋白在线粒体分裂中的动态组装规律，为细胞器功能研究树立新标杆。未来通过集成无衍射光束照明与深度学习辅助定位，该系统有望将活细胞超分辨成像速度提升百倍，推动"成像组学"时代的到来。这项由中国团队主导的创新技术，已为全球生命科学研究者打开纳米尺度探索生命奥秘的新视窗。
声明：本文仅用作学术目的。
Ding Z, Zhao X, Wang L, Luo S, Yang T, Fan C, Lu J, Xiong S, Li W, Xu T, Gu L, Ji W. Three-dimensional super-resolution imaging of whole cells using a high numerical aperture oblique-plane microscope. Opt Lett. 2025 Jun 1;50(11):3529-3532.
DOI:10.1364/OL.550216.