为了更快地得到更清晰的显微图像，美国国立卫生研究院的研究人员将瞬时结构照明显微镜（iSIM）与全内反射荧光显微镜（TIRFM）相结合，研发了被称为“瞬时TIRF-SIM”的新技术，该技术使研究人员能够在分辨率基本不变的前提下观察快速移动的物体，且速度比其他显微镜快10倍。

全内反射荧光显微镜已经在细胞生物学研究中使用了数十年，但它仅仅对细胞内的细小特征进行模糊的成像。虽然超分辨率显微镜技术已应用于全内反射荧光显微镜以提高图像分辨率，但是这会大幅度降低成像速度，使得难以使用全内反射荧光显微镜来对快速移动的物体清晰成像。

新型“瞬时TIRF-SIM”显微镜可清晰显示Rab11颗粒的快速运动。图片来源：Hari Shroff，国家生物医学成像和生物工程研究所。

为了解决这个问题，美国国家生物医学成像和生物工程研究所（NIBIB）的研究人员对瞬时结构照明显微镜进行了改进，使其像全内反射荧光显微镜一样工作。NIBIB实验室于2013年开发的瞬时结构照明显微镜是一款高速超分辨率显微镜，能够以每秒100帧的速度捕捉视频，比大多数电影或互联网中的视频快三倍以上。但是，瞬时结构照明显微镜不具备全内反射荧光显微镜所具备的对比功能。

该研究团队设计了一个简单的遮光罩，阻挡了瞬时结构照明显微镜的大部分照明，使其模仿全内反射荧光显微镜的对比特征。这一设计使得“瞬时TIRF-SIM”技术可将全内反射荧光显微镜的横向空间分辨率提高到115±13nm，而不会影响成像速度，可在数百个时间点内将图像帧率提升至100 Hz。研究人员将“瞬时TIRF-SIM”应用于多个活体样本测试。他们在盖玻片表面附近实现了快速且高对比度的超分辨成像。例如，研究人员能够追踪人体细胞质膜附近的快速移动的Rab11颗粒。附着在细胞周围运输的分子上时，这些颗粒移动得非常快，以至于在其他显微镜成像时它们会变得模糊不清。

NIBIB高分辨率光学成像部门实验室负责人Hari Shroff表示：“全内反射荧光显微镜已经存在了30多年，至少在接下来的30年内它仍将非常有用。我们的方法在不影响速度的情况下提高了全内反射荧光显微镜的空间分辨率，这是其他显微镜无法做到的。我们希望它能帮助我们深入研究高速生物学，以便我们能够更好地理解生物过程是如何工作的。”

该研究发表于Nature Methods。

来源： https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=63448

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