《亞毫秒級實時三維超分辨顯微方法研究及生物套用》是依託復旦大學，由馬炯擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：亞毫秒級實時三維超分辨顯微方法研究及生物套用
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬炯
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，超分辨螢光顯微技術蓬勃發展，廣泛套用於化學、生物、醫藥等一系列領域的研究工作，使之發生了突破性的進展，更於2014年獲得了諾貝爾化學獎。但現有超分辨螢光定位技術在需要高空間精度測量的研究中仍存在探測速度局限，尤其是針對生物分子的快速輸運過程研究。本項目將針對生物細胞內快速輸運問題，在現有單點斜入射快速超分辨顯微鏡（SPEED顯微鏡）具有的亞毫秒量級二維探測的技術基礎上，搭建顯微鏡上的第二平台，用來收集反向螢光信號並返還到顯微鏡原探測系統。在不影響平面橫向解析度的同時，通過從返還信號位置中獲取垂直方向信息，實現亞毫秒量級的實時三維空間探測技術。系統開發將與跟蹤RNA輸出細胞核孔的研究互相印證，通過RNA在細胞核孔各位置上高時空精度的動態過程，進一步研究細胞核孔蛋白調控基因的機理。該技術將可廣泛套用在各類生物分子在納米尺度上快速動態過程研究，對於理解生命體系間相互調控關係有重要意義。
結題摘要
螢光顯微鏡是現代生物醫學研究使用最廣泛的工具之一。儘管超分辨顯微成像技術已經取得了巨大進步，但是在許多生物課題的研究中，仍存在一定的局限性，面臨著諸多挑戰。例如：如何進一步提高光子的收集效率，從而提高單粒子的定位精度和顯微系統的時空解析度；如何實現在成像時同步觀測單粒子螢光光譜信息等。本項目針對快速單分子三維追蹤的技術問題，建立了一種創新的顯微鏡架構，主要取得以下研究成果：1、在不改變點擴散函式形狀和平面二維分辨精度的前提下，本項目基於單分子定位，利用雙物鏡結合凹面鏡，搭建了螢光返還超分辨顯微系統，從而使得探測器可以同時獲得兩個成像點。2、用雙物鏡螢光返還系統，獲得雙焦面成像，從而實現三維單粒子追蹤。利用該系統的球差特性研究了第一衍射環直徑與離焦距離（z）的變化規律，以及系統的三維定位精度；實施了體外和活細胞內的三維單粒子追蹤，追蹤距離可達5.2 um。3、通過對螢光返還系統的改進，實現了快速三維單粒子追蹤的套用，獲得z方向定位精度為10 nm，時間解析度為0.4 ms。4、在螢光返還系統的基礎上，進一步檢測了單粒子螢光光譜，利用多色螢光小球，研究了系統的單粒子光譜校正，並分析單粒子螢光光譜隨時間的波動特性。本項目的研究創新設計了已一套雙物鏡螢光返還探測的螢光顯微鏡系統，實現了三個方向定位精度達到10nm，時間解析度0.4ms，追蹤距離5.2 um，為未來在生物系統中快速高精度的定位分子，研究快速生物學過程提供了技術支持。
