顯微鏡一直是生物學研究中的重要工具，隨著技術的發(fā)展顯微鏡的分辨率在不斷提高。最新的超高分辨率顯微鏡已經(jīng)達到了超越衍射極限的分辨率。現(xiàn)在MIT的研究團隊通過另一種巧妙的方式達到了同樣的目的。
研究人員并沒有在顯微鏡上下功夫，而是從組織樣本下手，利用一種吸水膨脹的聚合物將組織樣本整體放大。這種方法非常簡單成本也很低，能用普通共聚焦顯微鏡達到超越200nm的分辨率。這項發(fā)表在Science上的成果，能使更多科學家接觸到超高分辨率成像。
“你在常規(guī)顯微鏡下就可以實現(xiàn)超高分辨率成像，不需要購買新設備，”文章的資深作者，MIT的副教授Ed Boyden說，F(xiàn)ei Chen和Paul Tillberg是這篇文章的第一作者。
物理放大
衍射極限曾經(jīng)是光學顯微鏡的最大障礙之一，使其分辨率無法突破200nm，然而這個尺度恰恰是生物學家最感興趣的。為了克服這個問題，科學家們開發(fā)了超高分辨率顯微技術，該技術獲得了去年的諾貝爾化學獎。
然而，超高分辨率顯微鏡最適合用于薄樣本，成像大樣本的時間比較長。“如果想要分析大腦，或者理解腫瘤轉(zhuǎn)移中的癌細胞，或者研究攻擊自身的免疫細胞，你需要在高分辨率水平上觀察大塊的組織，”Boyden說。
為了使組織樣本更容易成像，研究人員使用了聚丙烯酸鹽制成的凝膠，這是一種高度吸水的材料，通常用于尿不濕中。
研究人員首先用抗體標記想要研究的細胞組分或蛋白，這種抗體不僅連有熒光染料，還能夠?qū)⑷玖线B到聚丙烯酸鹽上。研究人員向樣本添加聚丙烯酸鹽并使其形成凝膠，然后消化掉起連接作用的蛋白，允許樣本均勻膨脹。樣本遇到無鹽的水之后膨脹了100倍，但熒光標記在整個組織中的定位并沒有改變。
人們一般用普通共聚焦顯微鏡進行熒光成像，不過它的分辨率只能達到幾百納米。研究人員通過放大樣本，用共聚焦顯微鏡達到了70nm的分辨率。“這種膨脹顯微技術能夠很好的整合到實驗室已有的顯微系統(tǒng)中，”Chen補充道。
大樣本
MIT的研究團隊用這種膨脹顯微技術，在常規(guī)共聚焦顯微鏡下成像了500×200×100微米的大腦組織切片。而其他超高分辨率技術難以成像這么大的樣本。
“其他技術目前可以達到更高的分辨率，但使用起來比較難也比較慢，”Tillberg說。“我們這個方法的優(yōu)勢在于，使用簡單而且支持大樣本。”
研究人員認為，這一技術對于研究大腦的神經(jīng)連接非常有用。Boyden的團隊將注意力放在大腦研究上，不過這一技術同樣適用于腫瘤轉(zhuǎn)移、腫瘤血管生成、自身免疫疾病等研究。
