Optica Letters文獻：超分辨光片成像—全細胞尺度分辨率突破至7.5nm
重要發(fā)現(xiàn)
01光學技術(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，確保雙色成像串擾率<1%，為蛋白質(zhì)互作研究奠定基礎(chǔ)。
02成像性能驗證在COS-7細胞微管成像實驗中，系統(tǒng)展現(xiàn)出卓越性能：
單分子定位精度：橫向定位精度達7.59 nm（y軸），軸向精度29.3 nm
全細胞成像能力：通過壓電平臺實時漂移校正（<5 nm）和TB級數(shù)據(jù)處理管線，實現(xiàn)5×5 μm大視野拼接，突破傳統(tǒng)超分辨顯微鏡的視野限制
03生物學應(yīng)用突破
核孔復合體納米測繪
在U2OS細胞中，通過DNA-PAINT技術(shù)標記Nup96蛋白，首次獲得全細胞核尺度下NPC的三維結(jié)構(gòu)：
重建308個核孔復合體，解析出53.2±5.7 nm的核質(zhì)環(huán)間距
傅里葉環(huán)相關(guān)（FRC）分析顯示分辨率達7.5 nm，創(chuàng)斜平面顯微鏡分辨率新紀錄
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，支持長達數(shù)小時連續(xù)觀測
02開創(chuàng)性應(yīng)用價值細胞器互作解析：首次在完整細胞中量化DRP1環(huán)狀結(jié)構(gòu)尺寸，修正體外冷凍電鏡得出的模型誤差
標準化生物標尺：以核孔復合體為基準建立7.5 nm分辨率標準，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納米精度的全細胞三維成像能力，不僅首次實現(xiàn)核孔復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，為細胞器功能研究樹立新標桿。未來通過集成無衍射光束照明與深度學習輔助定位，該系統(tǒng)有望將活細胞超分辨成像速度提升百倍，推動"成像組學"時代的到來。這項由中國團隊主導的創(chuàng)新技術(shù)，已為全球生命科學研究者打開納米尺度探索生命奧秘的新視窗。
聲明：本文僅用作學術(shù)目的。
Ding Z, Zhao X, Wang L, Luo S, Yang T, Fan C, Lu J, Xiong S, Li W, Xu T, Gu L, Ji W. Three-dimensional super-resolution imaging of whole cells using a high numerical aperture oblique-plane microscope. Opt Lett. 2025 Jun 1;50(11):3529-3532.
DOI:10.1364/OL.550216.
