New microscopy method achieves angstrom-scale localization precision with one laser

导读摘要

MIT与Broad研究所的团队开发出一种名为U-STORM的新型超分辨显微技术，利用特殊设计的“上转换纳米粒子”在单一近红外激光下实现仅0.6埃（Å）的定位精度，首次将光学显微镜的分辨率推至原子尺度。

正文

这项技术的核心在于一种经过成分工程设计的、尺寸仅约10纳米的“上转换纳米粒子”（UCNPs）。与传统的荧光染料或荧光蛋白不同，这些纳米粒子在连续近红外激光的激发下，能够自发且无限地“闪烁”[来源: phys.org]。正是这种独特的性质，使得研究人员能够对同一个粒子进行高达88,000次的定位，并通过计算平均值将定位精度锐化至前所未有的0.6埃[来源: news.mit.edu]。这一精度比传统荧光分子的纳米级定位提升了三个数量级，相关成果已发表于《自然·纳米技术》期刊[来源: nature.com (Spontaneous and indefinite blinking)]。

这一成果是光学显微镜分辨率极限的又一次重大推进。此前，由马克斯·普朗克研究所团队开发的RESI（通过顺序成像增强分辨率）技术，通过DNA条形码标记和顺序成像，在DNA折纸纳米结构上实现了埃级分辨率[来源: nature.com (Ångström-resolution fluorescence microscopy)]。然而，当应用于细胞时，由于标记探针（如纳米抗体）本身尺寸约5纳米的限制，其分辨率难以突破至埃级[来源: nature.com (Ångström-resolution imaging of cell-surface glycans)]。U-STORM通过使用尺寸更小且能无限定位的纳米探针，巧妙地绕过了这一“标记尺寸限制”的难题，为在细胞原位实现真正的原子级分辨率成像开辟了新路径。

尽管U-STORM展现了惊人的精度，但原文未提供其在更复杂的组织或活体动态成像中的表现数据。目前来看，这项技术为解析单个蛋白质复合物内部亚基的排列、研究生物大分子间的相互作用提供了强大的新工具，有望在结构生物学和药物研发领域带来深远影响。