最新7.2超高分辨率显微镜：教学讲义ppt.ppt

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1、7.2超高分辨率显微镜：显微镜技术经过长期发展，加之近年来物理学界接二连三出现的重大科研进展，终于，在2008年，显微镜发展史上的新成果——超高分辨率荧光显微镜为科学家所研制出。人们预言，它定会成为生物学家的好帮手。StefanHell打破了物理学界的传统看法自从1873年ErnstAbbe第一次发现光学成像具有衍射限制现象以来，物理学界就公认，显微镜的分辨率具有极限，该极限与光源的波长有关。直到一个多世纪之后，罗马尼亚物理学家StefanHell推翻了这一观点。他是首位不仅从理论上论证了，而且用实验证明了使用光学显微镜能达到纳米级分辨率

2、的科学家。1994年，Hell在《光学快报》（OpticsLetters）上发表了他关于STED的理论文章。不过直到多年以后，这项理论才得以在实践中被证实。在那段时间里，Hell一面继续研究工作，一面四处奔走筹集科研经费，还卖掉了他4Pi显微镜的专利。但是那个时候Abbe的衍射极限理论仍然在学界占统治地位，许多物理学家对Hell的理论都持怀疑甚至批评态度，因此他们也都将研究重点放在其它的成像技术上。尽管如此，Hell还是在1997年与马普生物物理化学研究所签订了一份长达5年的合同，以继续他的STED研究。1999年，Hell将他的研究成果

3、分别投给了《自然》（Nature）杂志和《科学》（Science）杂志，不过都被退稿。当时两位杂志的主编都没有意识到他的研究成果将会改变整个显微镜领域。直到2000年，事情才终于有了转机——《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了Hell的科研成果。采用Hell的STED技术，人们第一次得到了纳米级的荧光图像。Hell的工作由此获得了广泛的肯定，2002年，他获得了马普研究所的终身职位。从此，Hell一直在马普研究所从事成像技术的研究工作。紧随STED这项开创性工作之后，世界各地实验室等研究机构内陆续出现了一批高分辨率的显微镜技术。例如，

4、由珍妮莉娅法姆研究学院（JaneliaFarmResearchCampus）的物理学家兼工程师MatsGustafsson领导的研究团队开发出了结构光学显微镜（structured-illuminationmicroscopy,SIM）。同年，Gustafsson小组得到了HeLa细胞中肌动蛋白细胞骨架的图像，他的图像相比传统显微镜的图像来说，在测向上的分辨率提高了2倍。随后，Gustafsson小组又使用非线性技术将整体分辨率提高了4倍。2科研竞赛2006年，超高分辨率显微镜研究行业翻开了新的篇章。EricBetzig、HaraldHe

5、ss以及Lippincott-Schwartz小组、SamuelHess小组以及庄晓威（音译）科研小组几乎同时报道了他们提高显微镜分辨率的科研成果，下面分别介绍这三个小组的研究情况。2.1EricBetzig、HaraldHess以及JenniferLippincott-Schwartz小组2005年夏天，细胞生物学家JenniferLippincott-Schwartz卸下了她在美国马里兰州贝塞斯达美国国立卫生研究院（HIV）暗室里的红色灯泡。Lippincott-Schwartz正在为赋闲在家的两位物理学家EricBetzig和Har

6、aldHess腾出空间，筹备实验室。正是这两位物理学家研制出了光敏定位显微镜（photoactivatedlocalizationmicroscopy,PALM），他们的这种新产品能将荧光显微镜的分辨率提升至纳米级水平。现在就职于美国弗吉尼亚州阿士伯恩霍华德休斯医学研究所珍妮莉娅法姆研究学院（HowardHughesMedicalInstitute’sJaneliaFarmResearchCampusinAshburn,Virginia）的Hess承认，自己与Betzig对生物学的认识都不深。不过近15年来，他们一直都在努力，希望能运用生

7、物学知识获取高分辨率的显微图像，但是没有取得明显进展。然而，当Hess和Betzig了解到Lippincott-Schwartz和GeorgePatterson在2002年发明的光敏绿色荧光蛋白（photoactivatablegreenfluorescentprotein）后，他们知道他们已经找到了解决问题的关键所在。回想起当时的情形，Lippincott-Schwartz指出：“他们当时非常激动。我还记得当我们得到第一张显微图像时，你根本无法看出那是什么东西。直到我看到他们将荧光图像和电镜图像叠加之后的结果才相信，我们成功了。我当时觉

8、得这一切真是太神奇了。”2006年，EricBetzig、HaraldHess以及Lippincott-Schwartz小组在《科学》（science）杂志上发表了他们的PALM研究成果。使用