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工学院席鹏课题组为超分辨显微引入全新维度

时间:2016-10-31 10:28  作者:  来源:工学院

最近,北京大学工学院席鹏课题组提出了一种新的基于偏振偶极子方位角的超分辨技术,不仅为超分辨提供了一种全新的维度,而且为该领域近期的一个热点争论提供了解答。(Karl Zhanghao, et al.,“Super-Resolution Dipole Orientation Mapping via Polarization Demodulation .” Light:Science & Applications , 2016. e16166.)

荧光的偏振特性(Fluorescence Polarization)早在1926年就被发现。然而在超分辨中,对于荧光的其他特性如强度、光谱、荧光寿命等均有很好的应用,对于荧光偶极子的方向(偏振)则很少关注。2014年,Walla课题组在Nature Methods 上发表文章,通过对激光进行偏振调制来实现稀疏重构的超分辨成像(http://www.nature.com/nmeth/journal/v11/n5/full/nmeth.2919.html )。而今年年初,在Nature Methods 期刊上,Keller等人则发表了针对这一文章的评论:利用荧光偏振不能够获得进一步的超分辨。由此产生了一个有意思的争论:偏振调制能否带来超分辨信息?(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课题组和Keller课题组都是从传统的荧光强度来看待这一问题,而席鹏课题组的工作同时从荧光强度和荧光各向异性来考虑,将荧光的偶极子角度引入,成为区分荧光分子的第四维度,完美地回答了这一争论(http://www.nature.com/lsa/journal/v5/n10/full/lsa2016166a.html )。

传统的荧光各向异性显微成像技术往往只能够观察简单样本的荧光偏振;对于复杂样本,荧光的偏振由于阿贝衍射极限的存在会受到众多荧光团的影响,从而只能观察到平均效果。席鹏课题组的SDOM(Super-resolution Dipole Orientation Mapping)技术同时观察荧光的强度和偏振,从偏振调制数据中将空间强度信息和偏振信息解调出来,从而既提升了成像的空间分辨率,也提升了探测荧光团偶极子方向的精度。同时,SDOM技术具有很快的成像速度(最快可达每秒5帧超分辨),对激发光功率要求很低(毫瓦量级),非常适用于活细胞观察。在本文中实现了对活体酵母细胞的观察。

SDOM的原理示意图。SDOM不仅带来了分辨率的提升,而且能够为超分辨提供一个全新的荧光偶极子的维度,能够更清晰地认识其标记的蛋白结构。

这一工作于2016年10月21日发表在Light:Science & Application 。作者来自北京大学、清华大学和澳大利亚悉尼技术大学,其中北京大学工学院博士生张昊是共同第一作者(排名第一),杨旭三、王淼妍是共同作者。工学院席鹏教授是该工作的通讯作者。

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