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年發明，當時可以將組織膨大約4倍。經過不斷優化，2017年該研究團隊實現了總體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了20倍的膨脹，這得益于他們找到并優化了一種由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，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學工程和納米技術的發展提供新的啟示。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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