重要發(fā)現(xiàn)
01光學(xué)技術(shù)突破
研究團隊設(shè)計的HOPE-STORM系統(tǒng)攻克了傳統(tǒng)顯微技術(shù)的三大瓶頸:
高數(shù)值孔徑斜平面成像:采用單物鏡(NA=1.40)同時完成照明與檢測,通過遠(yuǎn)程聚焦模塊(O2)校正傾斜像差。關(guān)鍵創(chuàng)新在于引入玻璃尖端物鏡(O3),通過壓縮光錐將有效檢測NA提升至1.42,光子收集效率達(dá)32.1%,比傳統(tǒng)斜平面顯微鏡(obSTORM)提高3.5倍。
平頂光片照明:四通道激光經(jīng)鮑威爾棱鏡整形為均勻平頂光束,形成30°傾斜照明光片,在x'軸向?qū)崿F(xiàn)9微米瑞利長度,大幅降低光毒性。
雙通道同步采集:利用二向色鏡分光設(shè)計,雙相機同步采集信號,確保雙色成像串?dāng)_率<1%,為蛋白質(zhì)互作研究奠定基礎(chǔ)。
02成像性能驗證線粒體分裂機制解密
通過雙色成像技術(shù)同步捕捉線粒體外膜與DRP1蛋白:
發(fā)現(xiàn)DRP1在分裂位點形成直徑200-600 nm的環(huán)狀結(jié)構(gòu)
首次建立線粒體分裂三階段模型:
早期階段:DRP1環(huán)直徑>400 nm,起始募集
中期階段:環(huán)收縮至200-400 nm,線粒體出現(xiàn)明顯縊縮
晚期階段:DRP1解聚,線粒體完成分裂
創(chuàng)新與亮點
01攻克三大技術(shù)壁壘
NA損失難題:玻璃尖端物鏡設(shè)計解決傳統(tǒng)斜平面顯微鏡的NA衰減問題,使有效NA達(dá)1.42,為單分子成像提供充足光子
深度成像局限:平頂光片照明結(jié)合30°傾斜角設(shè)計,將成像深度延伸至全細(xì)胞范圍,信噪比比TIRF技術(shù)提升5倍
動態(tài)追蹤瓶頸:通過嵌入式聚苯乙烯珠實時定位,實現(xiàn)納米級漂移校正,支持長達(dá)數(shù)小時連續(xù)觀測
02開創(chuàng)性應(yīng)用價值標(biāo)準(zhǔn)化生物標(biāo)尺:以核孔復(fù)合體為基準(zhǔn)建立7.5 nm分辨率標(biāo)準(zhǔn),為超分辨顯微鏡性能評估提供新范式
大數(shù)據(jù)處理革新:開發(fā)TB級圖像拼接算法,實現(xiàn)斜平面到水平面的幾何畸變校正,處理效率比傳統(tǒng)方法提升20倍
總結(jié)與展望
HOPE-STORM系統(tǒng)通過融合高數(shù)值孔徑物鏡、玻璃尖端光路優(yōu)化及平頂光束照明三大核心技術(shù),成功突破超分辨顯微鏡在成像深度與分辨率間的傳統(tǒng)權(quán)衡。其7.5納米精度的全細(xì)胞三維成像能力,不僅首次實現(xiàn)核孔復(fù)合體的原位納米測繪,更揭示DRP1蛋白在線粒體分裂中的動態(tài)組裝規(guī)律,為細(xì)胞器功能研究樹立新標(biāo)桿。未來通過集成無衍射光束照明與深度學(xué)習(xí)輔助定位,該系統(tǒng)有望將活細(xì)胞超分辨成像速度提升百倍,推動"成像組學(xué)"時代的到來。這項由中國團隊主導(dǎo)的創(chuàng)新技術(shù),已為全球生命科學(xué)研究者打開納米尺度探索生命奧秘的新視窗。
DOI:10.1364/OL.550216.