王平教授最新研究成果实现生物分子的非标记高分辨率成像

  光学显微镜已经广泛应用到生物成像中,如何让分辨率超过180纳米的传统分辨率极限一直是一个难题。当前所报道的超分辨技术基本上都基于外源性的荧光标记,但是对于大多数的小分子和蛋白质来说,它们很难在细胞和组织中被标记。

最近,科学家开发出了超分辨率显微镜,可以成像只有几纳米大小的单分子。为了区分特定的核酸或蛋白质,它们通常添加荧光探针,其结合该分子并发射特定波长的光。然而,由于不同荧光探针的发射波长可以重叠,研究人员通常一次只能检测三到四种独特的蛋白质或核酸,而不是细胞中存在的数千种。Ralf Jungmann及其同事想知道他们是否可以使用荧光探针在不同的持续时间和频率下眨眼,以便同时检测数十种生物分子。这样,他们可以使用单个荧光团成像许多不同的分子。

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在日常生活中,闪烁的灯光可以发出信号 - 例如,汽车即将转向。现在,研究人员根据每次闪光的持续时间和频率设计了微小的“闪光灯”,揭示细胞内单个RNA或蛋白质分子。

10月24日,武汉光电国家研究中心王平教授及其合作者华中师范大学张国平教授的最新研究成果发表在《光:科学与应用》上。该研究成果提出了一种免标记的近共振高分辨超光谱受激拉曼显微成像技术,实现了生物分子的非标记高分辨率成像,空间分辨率达到130纳米,为观察组织及细胞的精细结构提供了重要工具。毕亚丽、杨驰为同等贡献第一作者,王平、张国平担任通讯作者,华中科技大学武汉光电国家研究中心为第一单位。

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研究人员将他们的系统基于互补的DNA序列,这些DNA汇集在一起​​,将荧光团与目标生物分子连接起来,然后再次分离,产生闪烁的荧光信号。通过改变与靶标结合的DNA序列的长度和数量,研究人员可以调整眨眼持续的时间,以及眨眼发生的频率。为了测试他们在细胞中的方法,研究人员对两种不同的RNA分子和两种蛋白质进行成像。然后,他们使用三个荧光探针成像124个不同的DNA结构,其中包含不同数量的目标DNA,以便它们以不同的频率闪烁。研究人员表示,该程序只需几分钟,准确率为97.6%。

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