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工學院席鵬課題組為超分辨顯微引入全新維度

時間:2016-10-31 10:28  作者:  來源:工學院

最近,北京大學工學院席鵬課題組提出了一種新的基于偏振偶極子方位角的超分辨技術,不僅為超分辨提供了一種全新的維度,而且為該領域近期的一個熱點爭論提供了解答。(Karl Zhanghao, et al.,“Super-Resolution Dipole Orientation Mapping via Polarization Demodulation.” Light:Science & Applications, 2016. e16166.)

熒光的偏振特性(Fluorescence Polarization)早在1926年就被發現。然而在超分辨中,對于熒光的其他特性如強度、光譜、熒光壽命等均有很好的應用,對于熒光偶極子的方向(偏振)則很少關注。2014年,Walla課題組在Nature Methods上發表文章,通過對激光進行偏振調制來實現稀疏重構的超分辨成像(//www.nature.com/nmeth/journal/v11/n5/full/nmeth.2919.html)。而今年年初,在Nature Methods期刊上,Keller等人則發表了針對這一文章的評論:利用熒光偏振不能夠獲得進一步的超分辨。由此產生了一個有意思的爭論:偏振調制能否帶來超分辨信息?(//www.nature.com/nmeth/journal/v13/n1/full/nmeth.3687.html;

//www.nature.com/nmeth/journal/v13/n1/full/nmeth.3721.html)。

Walla課題組和Keller課題組都是從傳統的熒光強度來看待這一問題,而席鵬課題組的工作同時從熒光強度和熒光各向異性來考慮,將熒光的偶極子角度引入,成為區分熒光分子的第四維度,完美地回答了這一爭論(//www.nature.com/lsa/journal/v5/n10/full/lsa2016166a.html)。

傳統的熒光各向異性顯微成像技術往往只能夠觀察簡單樣本的熒光偏振;對于復雜樣本,熒光的偏振由于阿貝衍射極限的存在會受到眾多熒光團的影響,從而只能觀察到平均效果。席鵬課題組的SDOM(Super-resolution Dipole Orientation Mapping)技術同時觀察熒光的強度和偏振,從偏振調制數據中將空間強度信息和偏振信息解調出來,從而既提升了成像的空間分辨率,也提升了探測熒光團偶極子方向的精度。同時,SDOM技術具有很快的成像速度(最快可達每秒5幀超分辨),對激發光功率要求很低(毫瓦量級),非常適用于活細胞觀察。在本文中實現了對活體酵母細胞的觀察。

SDOM的原理示意圖。SDOM不僅帶來了分辨率的提升,而且能夠為超分辨提供一個全新的熒光偶極子的維度,能夠更清晰地認識其標記的蛋白結構。

這一工作于2016年10月21日發表在Light:Science & Application。作者來自北京大學、清華大學和澳大利亞悉尼技術大學,其中北京大學工學院博士生張昊是共同第一作者(排名第一),楊旭三、王淼妍是共同作者。工學院席鵬教授是該工作的通訊作者。

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