分子测量棒可以推进超分辨率显微镜的发展 – 物理世界

如果您想测量日常物体，您可能会使用尺子 - 一种具有固定长度和规则标记刻度的材料。得益于一种名为 PicoRuler 的新设备，相同的测量原理现在可以应用于细胞和分子等微小物体。这种微型测量棒由德国维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学 (JMU) 的研究人员开发，可在生物环境中工作，可用于测试超分辨率显微镜技术对长度小于 10 nm 的物体进行成像的能力。

基于荧光成像的超分辨率显微镜在过去20年中发展迅速。现在，此类方法可以解析小至几纳米的结构——远低于传统可见光显微镜的衍射极限。

为了进一步推动这些技术，研究人员需要参考结构来校准显微镜的性能。目前使用的主要校准方法依赖于人工 DNA 折纸结构。这些可以被合成以在间隔小于 10 nm 的明确位置上携带多个荧光团，使它们能够像亚 10 nm 成像的标尺一样。问题是 DNA 折纸带大量负电荷，因此不能用于现实世界的生物细胞成像介质。

点击到位

由生物技术专家领导 马库斯·绍尔 和 格蒂·贝柳，JMU 团队开发了一种基于称为增殖细胞核抗原 (PCNA) 的三部分蛋白质的生物相容性替代品。通过在该蛋白质上以 6 nm 间隔的精确定义位置引入合成氨基酸，他们使得荧光染料分子能够以有效的方式化学“点击”到该蛋白质上。这种新结构使他们能够测试一种称为基于 DNA 点积累的纳米级形貌成像技术 (DNA-PAINT) 的分辨率，分辨率低至 6 nm。 Sauer 表示，这对于其他技术也很重要，例如直接随机光学重建显微镜 (dSTORM)、MINFLUX 或 MINSTED。

“这些先进的显微镜技术可以实现几纳米范围内的空间分辨率，新的标尺将作为校准工具来验证和提高其准确性，”他说。

从内部探索细胞结构

研究人员现在正在寻求优化他们的标尺，以便在包括活细胞在内的各种生物环境中使用。 Sauer 说，另一个发展方向可能是通过显微注射或细胞穿透肽功能化等技术将 PicoRulers 直接递送到细胞本身。因此，这些设备可用于从内部探索细胞的结构，获得可能推进细胞生物学的知识，并更好地了解疾病和药物开发途径。

“我们的团队还致力于扩大可用作 PicoRuler 的生物分子范围，”Sauer 说道 物理世界。 “为此，我们将研究不同的蛋白质和其他生物复合物。我们坚信，PicoRuler 的开发标志着超分辨率显微镜领域向前迈出了重要一步，为以前所未有的分辨率探索细胞和分子结构提供了宝贵的工具。”

PicoRuler 的描述见 先进材料.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/molecular-measuring-stick-could-advance-super-resolution-microscopy/