來自喬治亞理工學院和加州大學舊金山分校的研究人員近日開發了一項新技術，可大大提高科學家們獲得運動中的單細胞結構清晰圖譜的能力。利用壓縮傳感鑒別分子，這項新技術為我們提供了必要的空間分辨率以及可能比以前更快的時間分辨率。相關研究論文發布在4月22日的《自然方法》（Nature Methods）雜志上。

盡管在過去的幾年里，超分辨率顯微鏡領域取得了大量的成果，空間分辨率不斷提高，然而由于需要高時間分辨率活細胞成像仍是一個挑戰。

在這篇文章中，來自喬治亞州理工學院George W. Woodruff機械工程學院的助理教授朱磊（Lei Zhu，生物通音譯）和加州大學舊金山分校藥物化學系和生物化學與生物物理學系助理教授黃波（Bo Huang，生物通音譯）開發出了一種先進的技術，利用超分辨率顯微鏡解析了相比過去能看到的小一個數量級的細胞元件。這使得研究人員能夠挖掘到從前無法觸及的信息，解答新的生物學問題。

過去超分辨率顯微鏡采用的單分子開關（single-molecule-switching）技術主要依賴于將單分子成像稀疏地散布到大量，通常是成千上萬的照相機像幀（camera frames）上。它在時間分辨率上極其受限，無法在活細胞中追蹤動態過程。

朱磊說：“現在利用我們的成果，使用具有秒或甚至子秒（sub-second）時間分辨率的超分辨率顯微鏡可以大視野地追蹤更多的動態細胞過程。我們對于單細胞生命的知識大部分都來自于我們觀察細胞中微小結構的能力。”

黃波指出：“其中的一種應用就是研究細胞的能量工廠線粒體與其他細胞器和細胞生命周期過程中結構重塑的細胞骨架之間的互作機制。”

當前，光學顯微鏡，尤其是熒光顯微鏡仍然被許多生物學家經常使用。然而作者們認為傳統的光學顯微鏡有一個主要的局限：由于受到衍射現象的影響，無法解析距離小于半個光波的物體。無論使用多高的放大倍數，衍射均使得成像看起來模糊，相互重疊。

“衍射限制一直以來被視為是光學顯微鏡的一個基礎局限，直到近期發明了超分辨率熒光顯微鏡技術，”朱磊說。超分辨率顯微鏡技術，例如隨機光重建顯微鏡 (stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)和光敏定位顯微鏡（photoactivated localization microscopy, PALM），均依賴于記錄樣品中單個分子的光發射（light emission）的能力。

利用可在可視與不可視狀態間轉換的標記分子，STORM/PALM可確定每個目的分子的位置。這些位置最終定義結構。

下接：超分辨率顯微鏡觀測單細胞動態