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高解析度螢光顯微鏡改進(jìn)研究

兩組研究團(tuán)隊(duì)分別開(kāi)發(fā)出兩款高解析度螢光顯微鏡 解析度小于10奈米的高解析度螢光顯微鏡.

螢光顯微鏡是利用某一波長(zhǎng)的雷射激發(fā)樣品而產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的螢光. 因此, 它應(yīng)該是一個(gè)可以在不干擾蛋白質(zhì)的情況下, 用來(lái)觀察蛋白質(zhì)的利器. 然而, 一般的螢光顯微鏡最大的問(wèn)題在于它的解析度只有半個(gè)波長(zhǎng)左右, 也就是大約250到300奈米. 而蛋白質(zhì)的平均大小卻只有1到10奈米左右.

為了克服這個(gè)問(wèn)題, 研究人員曾使用原子力顯微鏡(AFM)的針頭來(lái)提高螢光訊號(hào), 也就是所謂的掃描式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(SNOM). 他們把針尖擺在螢光顯微鏡的激發(fā)雷射光的焦點(diǎn)處, 也就是在樣品的正上方, 然后讓樣品去做掃描. 就像尖端放電的原理一樣, 在針尖處的電場(chǎng)的強(qiáng)度大大地增強(qiáng), 進(jìn)而使螢光的強(qiáng)度也增強(qiáng). 雖然這個(gè)方法可以解析影像接近10奈米, 但是所得到的影像品質(zhì)卻相當(dāng)差. 這是由于金屬針尖會(huì)"撲滅"(quench)或者是將螢光染料分子上的受激電子傳導(dǎo)出去, 而阻止光子發(fā)射的緣故.

在California Institute of Technology in Pasadena的Gerton及其同僚使用上下擺動(dòng)的針頭, 并在最低點(diǎn)時(shí)針尖短暫與樣品接觸. 他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)針尖接觸樣品時(shí), 螢光的訊號(hào)與背景訊號(hào)的對(duì)比大約是沒(méi)有接觸只用雷射激發(fā)時(shí)的20倍左右. 雖然理論上, 金屬針尖可以產(chǎn)生更大的增強(qiáng)效果, 但他們還是選擇使用硅針頭, 以避免"撲滅"效應(yīng). 用此來(lái)掃描5奈米大的半導(dǎo)體奈米晶體, 他們可以得到小于10奈米大小的解析度. 這個(gè)結(jié)果發(fā)表在2004年10月29日的Physical Review Letters中.

另一種AFM形式的裝置是直接把雷射光打進(jìn)光纖中, 再用光纖去照射激發(fā)樣品. 這樣的方法可以減低背景的螢光. 這樣的顯微鏡通常對(duì)微弱的螢光訊號(hào)有較高的靈敏度, 但是其空間解析度卻較差. 在Max Planck Institute for Biochemistry in Martinsried, Germany的 Heinrich Frey及其同僚則同時(shí)結(jié)合了靈敏度及解析度. 他們將一鍍上金屬的針頭擺在100奈米寬的玻璃光纖上. 先用雷射光打入光纖中, 雷射光在光纖出口處產(chǎn)生的近場(chǎng)光透過(guò)針頭的基部傳到針尖處, 并激發(fā)在針尖處的樣品. 他們的樣品是兩端附有染料分子的DNA分子. 雖然他們?nèi)匀辉庥龅?撲滅"效應(yīng)的問(wèn)題, 但低背景噪音的訊號(hào)仍使他們可以清楚地解析出兩個(gè)相距小于10奈米的染料分子, 而他們更宣稱(chēng)他們的方法應(yīng)該還可以得到更高的解析度. 這個(gè)結(jié)果發(fā)表在2004年11月10日的Physical Review Letters中.

The University of Rochester in New York的Lukas Novotny表示, 這兩組研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)果都相當(dāng)突出,
改進(jìn)后的得到的影像結(jié)果都很好. 證實(shí)了用針尖去增強(qiáng)螢光訊號(hào)的方法在單分子的等級(jí)的作用是突出的.