上海药物所超高分辨光学成像研究取得新进展

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基于单分子定位的超高分辨率显微成像技术（例如PALM、STORM、directSTORM等）已突破光学衍射极限的限制，达到了10 nm左右的光学分辨率。但要获得超高分辨率图像，需要相当长的采集时间（1-30分钟），而样品漂移（通常1 nm/s）对此会产生不可忽略的影响。目前，加入外源标准参照物（荧光小球、金属纳米颗粒等）、引入基于额外近红外监测轴向焦平面变化的商用漂移校正系统或使用基于互相关方法的图像后处理算法等策略已被应用于样品漂移校正。但外源物的引入及光漂白效应等导致三维尺度漂移校正的精度不佳。
　　2020年10月15日，中国科学院上海药物研究所黄锐敏研究员团队在光学领域著名期刊Optics Express杂志上发表题为“Three dimensional drift control at nano-scale in single molecule localization microscopy”的研究论文，报道了一种利用明场照明模式下细胞内囊泡的衍射信息作为内源参考物来补偿样品三维漂移的新策略。

　　图１(A) 实验光学成像原理图；(B) A549细胞内囊泡在不同z向深度的明场信息；(C) 不引入位移校正和引入位移校正以及在两种情况下分别加入和不加入互相关图像后处理算法校正的肌动蛋白微丝的超高分辨率图像比较
　　在此项研究中，研究人员通过光路改造，增加了一个近红外CCD用于囊泡位置检测。根据其xyz三维位置信息，通过算法对三维压电陶瓷样品台进行漂移校正，获得了xy向<1.0 nm，z向<6.0 nm的定位精度。将该方法应用于F-actin的超分辨率显微成像中，并与商用的漂移校正系统及互相关图像后处理算法进行了漂移校正比较，结果表明重建的超分辨率图像的图像质量得到了显著提高，更好地显示肌动蛋白微丝的细节(图1)。
　　该样品漂移校正方法的优势在于：1）使用生物样品自身结构作为基准，不需要引入外源参照物，从而简化样品的制备过程。2）不需对显微镜系统做重大改造，费用低廉，普适性强。3）校正是基于明场图像，不依赖于荧光，故光漂白效应导致的定位精度下降的问题可被避免。
　　中国科学院上海药物研究所所级公共技术服务中心分子影像技术服务部范晓明博士为本论文的第一作者；中国科学院大学博士生导师、上海药物研究所黄锐敏研究员为本论文的通讯作者。参与此项工作的有德国于利希研究中心Thomas Gensch博士、Georg Büldt教授、国科大研究生（培养单位：上海药物所）张元亨、祖里帕力·木沙、张文渊以及神经药理学研究国际科学家工作站Renza Roncarati博士。该研究工作获得了基金委、卫健委新药创制重大专项、中国科学院的项目支持和国家蛋白质科学中心（上海）的技术支持。
　　原文链接：https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-28-22-32750


       文章来源：中国科学院上海药物研究所
        黄锐敏，现任中国科学院上海药物研究所研究员。1999年毕业于中国科学技术大学，获得生物科学专业学士学位。同年进入上海生物化学与细胞生物学研究所，于2004年获得细胞生物学专业博士学位。2004年10月加入美国纪念斯隆凯特琳癌症研究中心开展博士后研究工作，并于2012年起担任Senior Research Scientist。2016年进入上海药物研究所分子影像研究中心（筹）,并担任肿瘤分子影像研究组课题组长。长期从事肿瘤分子影像学和肿瘤相关基因的功能研究。相关论文已经发表在Science Translational Medicine, Cancer Research, Clinical Cancer Research, Theranostics等杂志上。已在国外学术刊物上发表SCI收录论文20余篇，其中第一作者论文9篇，总影响因子超过200。多次荣获世界分子影像学协会奖励。在中国期间，获得中国科学院院长优秀奖、中国科学技术大学郭沫若奖学金、上海市科协第九届青年优秀科技论文三等奖等各类奖项10余项。