顯微鏡一直是生(sheng)物學研(yan)究中(zhong)的(de)(de)重要工具，隨著(zhu)技(ji)術的(de)(de)發展顯微鏡的(de)(de)分(fen)辨(bian)率(lv)在(zai)不斷提高。最新的(de)(de)超(chao)高分(fen)辨(bian)率(lv)顯微鏡已經達到了超(chao)越(yue)衍射極(ji)限的(de)(de)分(fen)辨(bian)率(lv)。現在(zai)MIT的(de)(de)研(yan)究團(tuan)隊通過另一種巧(qiao)妙的(de)(de)方(fang)式達到了同樣的(de)(de)目的(de)(de)。

　　研究(jiu)人(ren)員并沒有在顯(xian)微鏡(jing)上(shang)下功夫(fu)，而是(shi)從組織樣本(ben)下手(shou)，利用一種(zhong)吸水膨(peng)脹的(de)聚(ju)合物將組織樣本(ben)整體放(fang)大。這種(zhong)方法非常簡單成本(ben)也很低，能(neng)用普通(tong)共聚(ju)焦顯(xian)微鏡(jing)達到超越(yue)200nm的(de)分辨(bian)率(lv)。這項(xiang)發表在Science上(shang)的(de)成果(guo)，能(neng)使更多(duo)科學家接觸到超高分辨(bian)率(lv)成像。

　　“你(ni)在常規顯微(wei)鏡(jing)下就可以實現超高(gao)分(fen)辨率成像，不需要購買新設備(bei)，”文章(zhang)(zhang)的(de)資深作(zuo)者，MIT的(de)副教授Ed Boyden說，Fei Chen和Paul Tillberg是這篇文章(zhang)(zhang)的(de)第一作(zuo)者。

　　物理放大

　　衍射極(ji)限(xian)曾(ceng)經是光學(xue)(xue)顯(xian)微(wei)(wei)鏡的最大障礙之一，使其分(fen)辨率無法突破200nm，然而(er)這個尺度恰恰是生物(wu)學(xue)(xue)家(jia)(jia)最感興趣的。為(wei)了(le)克服這個問題，科學(xue)(xue)家(jia)(jia)們(men)開發了(le)超高分(fen)辨率顯(xian)微(wei)(wei)技(ji)術，該技(ji)術獲得了(le)去年的諾(nuo)貝(bei)爾化學(xue)(xue)獎(jiang)。

　　然而，超高分辨(bian)率(lv)顯微鏡最適合用于薄樣(yang)本(ben)，成像大(da)樣(yang)本(ben)的時間(jian)比較長。“如果(guo)想要分析大(da)腦，或(huo)者理解腫瘤(liu)轉移中的癌細胞，或(huo)者研究攻(gong)擊自身的免疫細胞，你需要在高分辨(bian)率(lv)水(shui)平上觀察大(da)塊的組織，”Boyden說。

　　為了使組(zu)織樣本(ben)更容易成像，研(yan)究人(ren)員(yuan)使用(yong)了聚丙烯酸鹽(yan)制成的凝膠，這是一種(zhong)高(gao)度吸水的材料，通(tong)常用(yong)于尿不濕中。

　　研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)員首先用(yong)抗體標記(ji)想要(yao)研(yan)(yan)究(jiu)的(de)細胞組(zu)(zu)分或蛋(dan)白，這種抗體不僅連有熒光染(ran)料(liao)(liao)，還能夠將(jiang)染(ran)料(liao)(liao)連到聚丙烯酸(suan)鹽(yan)上(shang)。研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)員向(xiang)樣本添加聚丙烯酸(suan)鹽(yan)并(bing)使(shi)其形成凝膠，然后(hou)消(xiao)化掉起連接作用(yong)的(de)蛋(dan)白，允許樣本均(jun)勻膨(peng)脹(zhang)。樣本遇到無鹽(yan)的(de)水(shui)之(zhi)后(hou)膨(peng)脹(zhang)了(le)100倍(bei)，但熒光標記(ji)在整個組(zu)(zu)織中的(de)定(ding)位(wei)并(bing)沒有改變(bian)。

　　人(ren)們一般用普通共(gong)聚(ju)焦顯(xian)微鏡進行(xing)熒光成像(xiang)，不過它的(de)(de)分辨率只能達到幾百納米。研究人(ren)員通過放(fang)大樣本，用共(gong)聚(ju)焦顯(xian)微鏡達到了(le)70nm的(de)(de)分辨率。“這(zhe)種膨(peng)脹顯(xian)微技術能夠很(hen)好(hao)的(de)(de)整(zheng)合到實(shi)驗室(shi)已有的(de)(de)顯(xian)微系統(tong)中，”Chen補(bu)充道。

　　大樣本

　　MIT的研究團隊用這(zhe)種膨脹顯(xian)微(wei)技術(shu)，在常(chang)規共聚焦顯(xian)微(wei)鏡下成(cheng)像了500×200×100微(wei)米的大(da)腦組織切片。而其他超高分辨(bian)率技術(shu)難以成(cheng)像這(zhe)么大(da)的樣本。

　　“其他(ta)技術目前可以達到(dao)更高的分辨(bian)率，但(dan)使(shi)用起來比(bi)較(jiao)難也(ye)比(bi)較(jiao)慢，”Tillberg說。“我們這(zhe)個(ge)方法的優勢在于，使(shi)用簡(jian)單而且支持大樣(yang)本。”

　　研究(jiu)(jiu)人員(yuan)認(ren)為，這一技術對于研究(jiu)(jiu)大腦的(de)神經連接非常有用。Boyden的(de)團隊將注意力放(fang)在大腦研究(jiu)(jiu)上，不過這一技術同樣適(shi)用于腫瘤轉移、腫瘤血管生成、自身免疫疾病等研究(jiu)(jiu)。