超高分辨率显微技术研究进展CSCD

光学显微成像具有极为悠久的历史,但一直以来,光学成像一直受到衍射极限的限制而分辨率无法突破200 nm。近年来,超高分辨率显微技术的发展使得光学显微成像分辨率达到了20 nm以下。值得庆贺的是,德国科学家Stefan Hell、美国科学家Eric Betzig和William Moerner因其在超高分辨率显微技术方面的突出贡献获得了2014年的诺贝尔化学奖。在这篇文章中,我们就简要介绍一下超高分辨率显微技术的发展和应用,并带领读者一同寻访大师的科学足迹。     

三维反卷积显微成像技术浅谈

三维宽场反卷积显微成像技术是应用光学切片方法获取三维标本的二维图像序列,然后通过反卷积图像处理方法进行图像恢复,进而进行三纺重建的一种以光学技术和图像处理技术为核心的业微成橡方法。本讲述了光学切片的基本原理,给出了反卷积处理中点扩展函数的理论模型和实验测试方法,然后对现存的反卷积算法做了对比。对这一领域的发展趋势做了预测。     

以三维荧光反卷积显微技术研究活体细胞中分泌囊泡的空间分布

获得活体细胞三维图像以观察细胞内分泌囊泡的空间分布有助于细胞分泌机制的研究。三维荧光反卷积显微技术可以为活体细胞观察提供低荧光漂白 ,低毒副作用的快速三维成像。研究了显微成像系统实验测定和理论计算点扩展函数之间的关系 ,并且实验验证了NA 1.6 5物镜条件下 ,理论计算点扩展函数可以较好地反映显微成像系统的特性。然后使用已知物理结构的三维样本对反卷积算法的有效性进行了研究。进而对使用吖啶橙(acridineorange)标记的大鼠胰腺 β细胞分泌囊泡进行观察。结果显示 ,反卷积算法可以有效地去除原始图像中因为焦外光影响产生的模糊 ,处理后图像清晰地显示了细胞内分泌囊泡的空间分布     

三维反卷积显微成像技术浅谈

三维宽场反应卷积显微成像技术是应用光学切片方法获取三维标本的二维图像序列,然后通过反卷积图像处理方法进行图像恢复,进而进行三维重建的一种以光学技术和图像处理技术为核心的显微成像方法。本文讲述了光学切片的基本原理,给出了反卷积处理中点扩展函数的理论模型和实验测试方法,然后对现存的反卷积算法做了对比。最后,文章对这一领域的发展趋势作了预测。     

STORM和STED显微成像技术特点的比较

随机光学重建显微镜(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM)技术和受激发射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微镜技术是近年来发展迅速的两种超分辨率荧光显微镜技术。这两种技术均提供超越传统荧光显微镜分辨率成像的功能,具有多色显像,三维成像以及活细胞内成像的潜力。在这篇综述中,我们关注两种技术荧光控制、激光强度等技术参数设定,同时结合样品制备、图像采集与处理等流程优化对比两者在分辨率、图像采集时间及具体应用中的优劣。STORM可获得更高的三维分辨率,但可能需要更长的图像采集时间。STED需要较高损耗光强度,却能在图像采集后立即生成超分辨率图像,不需要额外图像数据处理。最终,选择STORM和STED不仅取决于技术的具体应用,还取决于操作者优化各环节技术参数的能力,从而决定图像质量。     

几种虫生真菌附着胞的荧光显微及扫描电镜观察

本研究通过对细脚拟青霉、蝉拟青霉、玫烟色拟青霉、金龟子绿僵菌和莱氏野村菌在疏水表面产生附着胞的荧光显微镜和扫描电镜电镜观察,明确五种虫生真菌均可产生附着胞,细脚拟青霉和金龟子绿僵菌产生单附着胞和复合附着胞两种形态,均呈椭圆至长椭圆形,如遇到不合适侵染的部位,则重新产生芽管向前延伸直至找到适合入侵的部位,蝉拟青霉分生孢子多在顶端恨芽成人字形,末端椭圆形附着胞,该拟青霉再生附着胞能力强。金龟子绿僵菌     

荧光显微技术在梨自交不亲和性检测中的应用

以梨为材料,介绍了荧光显微技术在自交不亲和性快速检测中的主要操作步骤．并对试验中的关键技术及注意事项进行了说明。     

几种虫生真菌附着胞的荧光显微及扫描电镜观察

本研究通过对细脚拟青霉、蝉拟青霉、玫烟色拟青霉、金龟子绿僵菌和莱氏野村菌在疏水表面产生附着胞的荧光显微镜观察和扫描电镜观察,明确五种虫生真菌均可产生附着胞,细脚拟青霉和金龟子绿僵菌产生单附着胞和复合附着胞两种形态,均呈椭圆至长椭圆形,如遇到不适合浸染的部位,则重新产生芽管向前延伸直至找到适合入侵的部位。蝉拟青霉分生孢子多在顶端发芽成人字形,末端形成椭圆形附着胞,该拟青霉再生附着胞能力强。金龟子绿僵菌和莱氏野村菌附着胞表面有较厚的粘液层,而三种拟青霉附着胞表面均未见有粘液层。     

膨胀显微成像技术的原理及应用

膨胀显微成像技术（expansion microscopy,ExM）是一种新型超分辨成像技术。该技术借助可膨胀水凝胶均匀地物理放大生物样本,在常规光学成像条件下实现超分辨成像。ExM适用于细胞、组织切片等多种类型生物样本。蛋白质、核酸、脂质等生物大分子均可借助ExM进行超分辨成像。ExM可与共聚焦显微镜、光片显微镜、超高分辨显微镜联合使用,进一步提高成像分辨率。近年来,多种从基础ExM拓展而来的衍生技术进一步促进了该技术的实际应用。本文综述了ExM及其衍生技术的基本原理、ExM与不同成像技术联用的研究进展及ExM在不同类型生物样本中的应用进展,并对ExM技术的发展前景做出展望。     

受激发射损耗显微术(STED)的机理及进展研究

由于光学元件的衍射效应,常规光学显微术的分辨率被限制在半波长左右,无法满足对于亚百纳米尺度的样品进行探测的需求。受激发射损耗显微术(STED)通过引入一束损耗光以受激发射的方式减小有效荧光的发光面积,可以实现超衍射极限的空间分辨率。自提出以来,STED显微术经过了多方面的改进和发展,已被成功地应用于生物医学、材料学等领域,对样品进行多功能超分辨成像。本文详细阐述了STED的机理及其中的关键技术,综述了STED的发展历程及最新进展,并介绍了其具体应用。     

超分辨显微成像技术在活细胞成像中的应用与发展

超分辨显微成像技术(super-resolution microscopy,SRM)可以绕过光学衍射极限对成像分辨率的限制,让以前观察不到的纳米级结构实现可视化,这一重大研究进展推动了现代生命科学和生物医学研究的进步与发展.细胞是生物体的基本组成单位,对活细胞内部的细微结构和动力学过程进行研究是掌握生命本质必不可少的途...     

Twinkle,twinkle little star: Photoswitchable fluorophores for super-resolution imaging

Photoswitchable fluorescent probes are key elements of newly developed super-resolution fluorescence microscopy techniques that enable far-field interrogation of biological systems with a resolution of 50 nm or better. In contrast to most conventional fluorescence imaging techniques, the performance achievable by most super-resolution techniques is critically impacted by the photoswitching properties of the fluorophores. Here we review photoswitchable fluorophores for super-resolution imaging with discussion of the fundamental principles involved, a focus on practical implementation with available tools, and an outlook on future directions.     

Spotting the right location— imaging approaches to resolve the intracellular localization of invasive pathogens

Background

A common strategy of microbial pathogens is to invade host cells during infection. The invading microbes explore different intracellular compartments to find their preferred niche.

Scope of Review

Imaging has been instrumental to unravel paradigms of pathogen entry, to identify their exact intracellular location, and to understand the underlying mechanisms for the formation of pathogen-containing niches. Here, we provide an overview of imaging techniques that have been applied to monitor the intracellular lifestyle of pathogens, focusing mainly on bacteria that either remain in vacuolar-bound compartments or rupture the endocytic vacuole to escape into the host's cellular cytoplasm.

Major Conclusions

We will depict common molecular and cellular paradigms that are preferentially exploited by pathogens. A combination of electron microscopy, fluorescence microscopy, and time-lapse microscopy has been the driving force to reveal underlying cell biological processes. Furthermore, the development of highly sensitive and specific fluorescent sensor molecules has allowed for the identification of functional aspects of niche formation by intracellular pathogens.

General Significance

Currently, we are beginning to understand the sophistication of the invasion strategies used by bacterial pathogens during the infection process- innovative imaging has been a key ingredient for this.This article is part of a Special Issue entitled Nanotechnologies - Emerging Applications in Biomedicine.