工學(xué)院席鵬課題組為超分辨顯微引入全新維度

時(shí)間：2016-10-31 10:28  作者：  來(lái)源：工學(xué)院

最近，北京大學(xué)工學(xué)院席鵬課題組提出了一種新的基于偏振偶極子方位角的超分辨技術(shù)，不僅為超分辨提供了一種全新的維度，而且為該領(lǐng)域近期的一個(gè)熱點(diǎn)爭(zhēng)論提供了解答。（Karl Zhanghao, et al.，“Super-Resolution Dipole Orientation Mapping via Polarization Demodulation.” Light：Science & Applications, 2016. e16166.）

熒光的偏振特性（Fluorescence Polarization）早在1926年就被發(fā)現(xiàn)。然而在超分辨中，對(duì)于熒光的其他特性如強(qiáng)度、光譜、熒光壽命等均有很好的應(yīng)用，對(duì)于熒光偶極子的方向（偏振）則很少關(guān)注。2014年，Walla課題組在Nature Methods上發(fā)表文章，通過(guò)對(duì)激光進(jìn)行偏振調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)稀疏重構(gòu)的超分辨成像（http://www.nature.com/nmeth/journal/v11/n5/full/nmeth.2919.html）。而今年年初，在Nature Methods期刊上，Keller等人則發(fā)表了針對(duì)這一文章的評(píng)論：利用熒光偏振不能夠獲得進(jìn)一步的超分辨。由此產(chǎn)生了一個(gè)有意思的爭(zhēng)論：偏振調(diào)制能否帶來(lái)超分辨信息？（http://www.nature.com/nmeth/journal/v13/n1/full/nmeth.3687.html；

http://www.nature.com/nmeth/journal/v13/n1/full/nmeth.3721.html）。

Walla課題組和Keller課題組都是從傳統(tǒng)的熒光強(qiáng)度來(lái)看待這一問(wèn)題，而席鵬課題組的工作同時(shí)從熒光強(qiáng)度和熒光各向異性來(lái)考慮，將熒光的偶極子角度引入，成為區(qū)分熒光分子的第四維度，完美地回答了這一爭(zhēng)論（http://www.nature.com/lsa/journal/v5/n10/full/lsa2016166a.html）。

傳統(tǒng)的熒光各向異性顯微成像技術(shù)往往只能夠觀察簡(jiǎn)單樣本的熒光偏振；對(duì)于復(fù)雜樣本，熒光的偏振由于阿貝衍射極限的存在會(huì)受到眾多熒光團(tuán)的影響，從而只能觀察到平均效果。席鵬課題組的SDOM（Super-resolution Dipole Orientation Mapping）技術(shù)同時(shí)觀察熒光的強(qiáng)度和偏振，從偏振調(diào)制數(shù)據(jù)中將空間強(qiáng)度信息和偏振信息解調(diào)出來(lái)，從而既提升了成像的空間分辨率，也提升了探測(cè)熒光團(tuán)偶極子方向的精度。同時(shí)，SDOM技術(shù)具有很快的成像速度（最快可達(dá)每秒5幀超分辨），對(duì)激發(fā)光功率要求很低（毫瓦量級(jí)），非常適用于活細(xì)胞觀察。在本文中實(shí)現(xiàn)了對(duì)活體酵母細(xì)胞的觀察。

SDOM的原理示意圖。SDOM不僅帶來(lái)了分辨率的提升，而且能夠?yàn)槌直嫣峁┮粋€(gè)全新的熒光偶極子的維度，能夠更清晰地認(rèn)識(shí)其標(biāo)記的蛋白結(jié)構(gòu)。

這一工作于2016年10月21日發(fā)表在Light：Science & Application。作者來(lái)自北京大學(xué)、清華大學(xué)和澳大利亞悉尼技術(shù)大學(xué)，其中北京大學(xué)工學(xué)院博士生張昊是共同第一作者（排名第一），楊旭三、王淼妍是共同作者。工學(xué)院席鵬教授是該工作的通訊作者。