高分辨率荧光显微技术的发展

　近二十年来，荧光显微技术有了长足的进步，上周Nature，Science杂志就高分辨率荧光显微技术分别发文，聚焦了这一领域的重要进展。

　　荧光显微技术是一种分析分子生物学，细胞生物学的重要工具，这一方法能帮助科研人员了解细胞和活体生物的空间结构。通过一些荧光标记，比如GFP等，研究人员就能观测到蛋白组织构架，蛋白相互作用，以及一些动力学方面的机制。

　　但是这一技术有一个重要的缺陷，即分辨率，传统光学显微镜受限于光的波长，对于200nm以下的小东西只能摇头兴叹。虽然电子显微镜可以达到奈米级的分辨率，但通电的结果容易造成样品的破坏，因此能观测的样本也相当有限。分子生物学家虽然可以做到把若干想观察的蛋白质贴上荧光卷标，但这些蛋白质还是经常挤在一块，在显微镜下分不出谁是谁。

　　近年来随着着各项工具方法的发展，尤其是物理学界接二连三出现的重大科研进展，显微技术发展迅速，特别是将纳米技术引入这一领域之后，科学家们研发出了多项高分辨率的显微技术。

　　Nature  Methods杂志推出新专题：Super-resolution  microscopy，与Nature  Photonics总结了这些进展，这些高分辨率显微技术，或者纳米显微技术方面的先进技术。

　　这一专题包含一篇社论文章，多篇评论性文章，以及多篇研究论文。第一篇文章“fluorescence  imaging  under  the  diffraction  limit”主要介绍了纳米显微技术（nanoscopy）是什么，新闻观察文章则强调了2006年的两篇关于高分辨率显微技术的论文，分析了这一些相关技术的相同点和不同点。其它还有一些文章介绍或者点评了一些技术。当然生物学家最感兴趣的还是这些技术的性能和实用性，这项问题还有待于技术的完善和在具体的生物研究中的应用。

　　同一周Science也刊文：A  New  Approach  to  Fluorescence  Microscopy就这一领域的研究进展进行了介绍。文章提到了几种近期倍受关注的高分辨率显微技术，包括STORM成像，光敏定位显微（PALM）技术等。

　　STORM，即随机光学重建显微技术（Stochastic  Optical  Reconstruction  Microscopy），这个方法创始人是中国科大毕业的庄小威教授。这一方法基于光子可控开关的荧光探针和质心定位原理，在双激光激发下荧光探针随机发光，通过分子定位和分子位置重叠重构形成超高分辨率的图像，其空间分辨率目前可达20nm。

　　这种技术可以用于生物学中的分子和细胞成像。目前高分辨的生物成像都使用电子显微镜，只能对死物成像。科学界长久以来希望能有一个对活生物样本进行分子尺度的无接触、温和的、实时成像技术，而STORM就是这样一种技术。研究人员把荧光团连接到一个可以设计成依次连接许多种生物分子的抗体上。然后把连接了荧光团的生物样本曝露在变波长的连续闪光下，分别激发不同子集的荧光团。得到许多不同子集的荧光团发光的图像后，再把这些图像合成一张能够清晰分辨荧光团的图。

　　而光敏定位显微技术可以用来观察纳米级生物，相较于电子显微镜有更清晰的对比度，如果给不同蛋白接上不同的荧光标记，就能用来进一步研究蛋白质间的相互作用。并且近期研究人员还将PALM技术与光的干涉原理结合起来，将三维的分辨率提高到20  nm以内，并极大地提高了收集同样光子后的定位精度。

　　这两项技术诞生于2006年，近年来又获得了一些进步，比如庄小威教授在Science杂志上展示了3D  STORM成像，比三维空间衍射极限空间分辨率好十倍并使用此方法在猴肾细胞中成像微管和其他分子结构，后来扩展此方法为整个细胞的多色3D成像。相信在不久的将来，我们将会在显微世界里看得越来越清楚。