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分辨率达到50纳米!我国已具备高端超分辨光学显微镜研制能力

一听到高端的光学显微镜,你是不是会立刻想到徕卡、蔡司、奥林巴斯这些国外品牌?现在,我国也具备了高端超分辨光学显微镜的研制能力。

据“科学大院”公众号(kexuedayuan)12月29日消息,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(简称“苏州医工所”)已经研制出了激光扫描共聚焦显微镜、双光子显微镜、受激发射损耗(STED)超分辨显微镜、双光子-STED显微镜等高端光学显微镜。

 

 

12月26日,由苏州医工所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨显微光学核心部件及系统研制”通过验收,标志着我国具备了高端超分辨光学显微镜的研制能力。

科研人员正在用自主研制的激光扫描共聚焦显微镜观察细胞结构(图片来源:中科院摄影联盟、苏州医工所)

探索微观世界 离不开高端显微镜

高端显微系统广泛应用于生物学和基础医学等相关前沿领域的创新研究,尤其是10-100nm尺度的超分辨显微光学成像技术,在当今生物学和基础医学研究中,发挥着不可替代的作用。

作为生物医学实验研究的必备工具,激光扫描共聚焦显微镜比传统的荧光显微镜分辨率更高,而且可以进行层析扫描3D成像。但是共聚焦显微镜能够观察的样品厚度一般小于100um,要观察更深的样品时需要借助双光子显微镜。双光子显微镜最大的优势是观察的深度。

但是无论是激光扫描共聚焦显微镜还是双光子显微镜,都无法摆脱衍射极限的限制,为了进一步探索微观世界,需要分辨率更高的显微镜。STED显微镜应运而生,它在共聚焦显微镜的基础上引入损耗光束将荧光光斑进一步压缩,从而实现超分辨成像。

数值孔径为1.45的平场复消色差显微物镜(图片来源:中科院摄影联盟、苏州医工所)

我们都知道,美国和日本都是诺贝尔奖大国,日本从2000年开始基本每年一个诺贝尔奖,其中的原因之一就是离不开显微镜等高端仪器的使用。我国虽然是显微镜消费大国,但自己只能生产中低端产品,高端仪器基本依赖于进口,这已经严重制约了我国生物学和基础医学等相关前沿领域的创新研究。 

四台高端显微镜 Made in China!

历时五年攻关,苏州医工所科研人员全面突破大数值孔径物镜、特种光源、新型纳米荧光增强试剂、系统集成与检测等关键技术,研制出四台高端显微镜,为我国高端光学显微镜的发展提供了系统解决方案。

高端平场复消色差生物显微物镜(图片来源:中科院摄影联盟、苏州医工所)

下面我们就来看看这四大国货神器吧!

1. 激光扫描共聚焦显微镜

传统荧光显微镜是用光源照射整个样品平面,再获得图像。由于聚焦平面上下的平面也会受到激发产生荧光,图像会被干扰;同时,同一平面上特征点周围激发的荧光也会干扰特征点的观察。

激光扫描共聚焦显微镜采用聚焦后的激光光斑作为照明光源,同时在探测器前引入针孔将聚焦光斑外的干扰信号进行过滤,因此提高了图像信噪比,横向分辨率可达200nm左右。此外,激光共聚焦显微镜还可以对样品逐层扫描实现三维成像,以及利用多通道采集图像的功能同时获取不同光谱段的荧光扫描图像。

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