新顯微成像法：細胞組織膨脹后觀察，分辨率可達20納米
【化工儀器網 項目成果】 據最新一期《自然·方法》雜志報道，美國麻省理工學院的研究人員開發(fā)了一種顯微成像方法，通過在成像前讓細胞組織膨脹，成功將分辨率提升至20納米。這一創(chuàng)新技術有望為生物學實驗室提供簡單且廉價的納米成像解決方案。
傳統(tǒng)的顯微成像技術在觀察細胞內部的納米級結構時，往往需要依賴高功率且昂貴的超分辨率顯微鏡。試想，如果讓物體膨脹變大，那觀察可能就會變得更容易。
膨脹顯微成像技術的原理是將細胞組織嵌入到一種吸水聚合物中，并分解將組織結合在一起的蛋白質。當加入水時，凝膠會膨脹，將生物分子彼此拉開，從而使細胞內部的細微結構更容易被觀察到。這種技術的原始版本于2015年發(fā)明，當時可以將組織膨大約4倍。經過不斷優(yōu)化，2017年該研究團隊實現(xiàn)了總體20倍的膨脹，但過程相對復雜。而在最新的研究中，研究人員只用一個步驟就實現(xiàn)了20倍的膨脹，這得益于他們找到并優(yōu)化了一種由N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)和丙烯酸鈉組成的凝膠。這種凝膠不僅具有極強的吸水性，還具備機械穩(wěn)定性，在膨脹20倍時不會破裂。
借助這一技術，研究人員能夠拍攝到腦細胞內部許多微小的結構，包括負責神經元通信的突觸納米柱的結構。在癌細胞的研究中，還拍攝到了幫助細胞維持結構并在細胞分裂中發(fā)揮重要作用的微管，以及線粒體和單個核孔復合體的組織結構。這些圖像為科學家提供了前所未有的細節(jié)，使他們能夠更深入地了解生物分子的功能和相互作用。
膨脹顯微成像技術的分辨率約為20納米，這意味著科學家可以看到細胞內的細胞器以及蛋白質簇。20倍的膨脹效果讓科學家“踏入”了生物分子發(fā)揮作用的微觀世界，因為生命的構成單元是納米級物質。這一技術的發(fā)明不僅提高了顯微成像的分辨率，還為生物學研究開辟了新的可能性。
研究人員表示，膨脹顯微成像技術具有廣泛的應用前景，不僅可以用于神經科學、癌癥研究等領域，還可以擴展到其他生物學研究。此外，該技術還可能為生物醫(yī)學工程和納米技術的發(fā)展提供新的啟示。由于該方法簡單且廉價，幾乎所有生物學實驗室都有可能實現(xiàn)納米成像，這將極大地推動生物學研究的進步。
素材來源：科技日報
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