先來聊聊目前幾種常見的SRM(超分辨顯微鏡)技術原理:
一、受激發射耗竭(STED)顯微鏡
STED對於有經驗的熒光顯微鏡使用者來說相對簡單,該方法和普通共聚焦顯微鏡(Confocal)的原理相同。普通Confocal使用單光源,而STED使用雙光源。其中一個光源發射能激發熒光團——熒光標簽(研究者們以此來定位和觀察蛋白)的光,另一個光源發出不同波長的光,用於抑製熒光。這束光是環形的,並且與**束光有所重疊,因此隻有環形中間區域的分子會繼續發出熒光。
獲得STED超分辨率圖片並沒有那麽複雜,用戶需要仔細調整參數,才能得到漂亮的結果,否則所得圖片和普通confocal沒有差別。
使用傳統和RESCue受激發射減損顯微鏡(STED)得到的細胞核膜上核孔複合體的圖片。
STED的原理:
顯微鏡透鏡對光的衍射會導致來自單個點的光出現在較大的區域,這稱為點擴散函數(PSF),由於PSF的存在,使得常規顯微鏡無法達到超分辨。
在普通光學顯微鏡中,成像是通過將來自點光源的光線會聚到像平麵上的單個點來實現的。超出光衍射的限製,防止了射線的精確會聚,從而導致物體的圖像模糊。顯微鏡的分辨率取決於點擴散函數(PSF)的大小,或對象在某個點的三維強度分布。在STED中,應用環形炸彈耗盡型激光器,其零點與激發激光焦點的*大值重疊。STED激光器引起熒光的“飽和耗盡”,從而“抑製了來自零點附近區域的熒光,導致有效PSF的尺寸減小”。
而受激發射耗竭(STED)顯微鏡通過限製樣品的熒光區域(PSF)產生超分辨率圖像。STED顯微鏡使用兩個重疊的激光,**個按照常規顯微鏡激發熒光團(圖2A)。第二個激光器稱為耗盡激光器(STED激光器),它激發“甜甜圈”形狀的激光,其中心的零強度點非常小(?30 nm)(未激發)。除了在甜甜圈的中心處之外,第二激光起到了“關閉”**激光所產生的外圈熒光,從而將樣本激發的熒光分子範圍縮小到中心圓點處,這有效地降低了PSF,以產生非常小的單分子熒光聚焦區域,從而獲得高分辨率圖像。
1.單個小於250 nm的蛋白質無法通過標準共聚焦成像解析,從而導致圖像模糊
2.STED耗盡激光器產生了淬滅外圍熒光的“甜甜圈”
3.飽和耗盡在功能上降低了激勵PSF
4.隨之可以解析單個蛋白質
適用於STED的熒光團偶聯抗體:
為了獲得超分辨率,染料必須具有STED激光波長的高發射截麵,並有效地實現高飽和度。這種強烈的照明確保了所有被STED激光“關閉”的分子都受受激發射的支配。合適的染料應具有低的光漂白性,具有高的量子產率和對比度,並在目標附近具有足夠的標記密度。如下列染料標記的二抗已被驗證在STED中成功使用:
Alexa Fluor 488標記親和純化山羊抗小鼠IgG(H+L)二抗,#115-545-003
與傳統的熒光團相比,具有發光亮度更強,靈敏度更高,背景更低的優勢,同時其對pH的穩定性更好,發光 也更持久,因此更適合於拍照。Alexa Fluor熒光熒光染料作為熒光顯微鏡、細胞生物學和分子生物學內的生物分子、細胞和組織標記物,可應用於生物技術和研 究等眾多領域。
二、隨機光學重建顯微鏡(STORM)
*初所有的熒光標簽都是暗的。然後使用激光脈衝來激活一小部分熒光標簽,隨後使用另一束光來關閉這些熒光標簽。不斷重複這個過程,生成一係列部分熒光圖,*後重建成整個視野的熒光圖。以產生分辨率優於常規方法收集的圖像。
使用超分辨率隨機光學重建顯微鏡(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM),科學家首次觀察到了神經元軸突的細胞骨架。
用於單分子定位實驗的熒光團偶聯抗體
用於單分子定位的*佳染料通常非常亮,並產生足夠的光子以可靠地產生緊密的高斯分布。例如艾美捷Jackson 的AlexaFluor®488,AlexaFluor®647和Cy™5,可用於這些類型的實驗。建議用於超分辨顯微鏡的熒光染料偶聯物。
每種SRM技術都有各自的探針選擇要求,需要注意的是,SRM領域變化迅速,因此,建議從專業技術文獻中尋求信息,以幫助選擇合適的熒光團。