庄小威超分辨率显微成像PPT

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最新《超分辨荧光显微镜技术》细胞成像技术小组展示ppt课件

最新《超分辨荧光显微镜技术》细胞成像技术小组展示ppt课件

荧光分子首先被特定激光照射到暗状态;然后打开激活激光,激发
出稀疏单分子;记录好单分子后,利用漂白激光将其漂白接着打幵
激活激光重新激发出新的单分子。如此反复,得到大量的稀疏存在
图像,然利用高斯函数去拟合这些中心,这样就获得了突破衍射极
限的超分辨图像。
8
光敏定位显微特点
超分辨荧光显微镜技术
1.极高的分辨率,横向分辨率可以到达10 nm ! 2.可以进行单分子轨迹追踪和单分子定量计算中。 3.对荧光蛋白有要求。
(三)禁忌症
• (1)妊娠和哺乳患者。 • (2)急性心肌梗死患者。 • (3)严重肝、肾功能障碍患者。
(三)治疗方法
• 1、病人的准备 • (1)停止服用影响甲状腺摄取131I的药物和
忌食含碘食物。 • (2)、查血、尿常、甲功,甲状腺自身抗
体、吸碘率、半减期、甲状腺扫描,肝、 肾功,心电图,胸片,必要时查甲状腺B超 。 • (3)、心率过快和精神紧张者,可给予β 受体阻滞剂或镇静剂。 • (4)、病情较重的患者,可先用抗甲状腺 药物治疗,病情减轻后进行131I治疗。
应用特定波长的激光来激活探针然后应用另一个波长激光来观察精确定位以及漂白荧光分子此过程循环上百次后就可以得到最后的内源蛋白的高分辨率影像随机光学重建显微技术染料超分辨荧光显微镜技术近场光学显微镜用孔径远小于光波长的探针代替光学镜头
《超分辨荧光显微镜技术》 细胞成像技术小组展示
超分辨荧光显微镜技术
衍射极限
(一)原理
• 原理:碘是合成甲状腺激素的物质之一,
甲状腺细胞通过钠\/碘共转运子(Na+/Isynporer,NIS)克服电化学梯度从血循环中 浓聚131I。

GD患者甲状腺滤泡细胞的NIS过度

光学显微及电子成像ppt课件

光学显微及电子成像ppt课件
eye or camera.
MRC: Magnification, Resolution, Contrast
2
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
History of Light Microscopy
18
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
Basic Configuration: Inverted Microscope(倒置显微镜)
inverted microscope for fluorescence microscopy(倒
11
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
What is objective?
Objective: the optical element that gathers(收集) light from the object being observed and focuses the light rays to produce a real image(实像). named because it is usually the lens that is closest to the object
How image becomes magnified in microscope?
17
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益

《超分辨率荧光显微成像技术》

《超分辨率荧光显微成像技术》
Nature, 2006, 440(7086): 935~939
点光源光斑的半高宽
• 其中I是STED 激光器的最大聚焦强度,而I sat 则是当受激荧光强度被减少到1/e时的STED
激光的强度特征值。由此公式可看出,当I/Isat 的值趋近无穷大时,STED 成像的点光源的
半高宽趋近于0,即分辨率不再受光的衍射过
Advatange and Disadvantage
• RESOLFT能够反映出样本的细节,而传统 共焦显微镜做不到。
• 这种“耐疲劳”可切换的探针虽然可以在 荧光和黑暗状态之间来回切换很多次,但仍 然有限,大大妨碍了使用RESOLFT在生物成 像的应用。
近场光学成像技术
传统的光学理论,如几何光学、物理光学等,通常 只研究远离光源或者远离物体的光场分布,一般统称 为远场光学。远场光学在原理上存在着一个远场衍射 极限,限制了利用远场光学原理进行显微和其它光学 应用时的最小分辨尺寸和最小标记尺寸。
a.利用柱面镜增强PALM在z轴分辨率 b.利用液晶空间光调制器增强PALM在z轴分辨率 Science, 2008, 319(5864): 810~813 Proc Natl Acad SciUSA, 2009, 106(9): 2995~2999
多重平面成像
三维成像的另一种办法是将两个或者多 个不同聚焦层面的图像同时送入 CCD中, 提取三维信息。利用这个 原理 , Hess 和 Bewersdorf 小组开发出来双层 PALM 技 术.
The Rayleigh criterion ① choosing very short wavelengths (UV, x radiation
in the case of electromagnetic fields or more efficiently, propagating electrons); ② working in very high index materials for increasing n. increasing the aperture angle of the microscope

超高分辨率荧光显微镜的应用课件

超高分辨率荧光显微镜的应用课件

超高分辨率荧光显微镜的应用不仅限于生物学和医学领域,还涉及到物
理学、化学、材料科学等多个学科,促进了跨学科的交叉融合和创新。
对未来科技发展的启示
重视基础研究
超高分辨率荧光显微镜的成功研发和应用表明,基础研究对于推动科技发展至关重要,应 加强基础研究领域的投入和支持。
加强学科交叉合作
未来科技发展需要多学科的交叉融合,应鼓励不同学科的科研人员加强合作,共同解决复 杂问题。
创新技术应用
超高分辨率荧光显微镜的成功应用表明,创新技术的应用能够为科学研究带来突破,应鼓 励科研人员积极探索新技术和方法。
THANKS
感谢观看
肿瘤细胞分型与鉴别
超高分辨率荧光显微镜能够观察肿瘤细胞的形态 和标记物的表达,有助于肿瘤细胞的分型、鉴别 和预后评估。
药物作用机制研究
通过超高分辨率荧光显微镜观察药物对细胞结构 和功能的影响,有助于深入了解药物的作用机制 和靶点。
病毒与宿主细胞相互作用研究
超高分辨率荧光显微镜能够观察病毒与宿主细胞 的相互作用过程,有助于病毒性疾病的研究和治 疗。
利用特定波长的光激发荧光标记物, 使样品发出荧光,通过检测荧光信号 实现显微成像。
超高分辨率荧光显微镜的技术特点
高分辨率
灵敏度高
相比传统光学显微镜,超高分辨率荧光显 微镜能够提供更高的空间分辨率,更好地 解析生物样品的结构和细节。
采用荧光标记物,具有高亮度、长寿命和 低背景噪声的特点,提高了检测的灵敏度 和对比度。
光学系统
显微镜的光学系统用于收 集和聚焦荧光,以便在目 镜或摄像机上观察。
荧光显微镜的分类
普通荧光显微镜
适用于一般荧光观察,提供基本的分辨率和成像质量。
共聚焦荧光显微镜

《显微成像》课件

《显微成像》课件
2023
《显微成像》ppt课 件
REPORTING
2023
目录
• 显微成像技术简介 • 显微镜的种类与特点 • 显微成像技术的基本原理 • 显微成像技术的应用实例 • 未来显微成像技术的发展趋势与挑战
2023
PART 01
显微成像技术简介
REPORTING
显微成像的定义与原理
显微成像定义
显微成像技术是一种利用光学系 统对微小物体进行放大,并将其 转化为可观察图像的科学技术。
材料科学
环境科学
在材料科学领域,显微成像技术用于观察 材料微观结构、晶体形态、表面形貌等, 有助于材料性能的优化和改进。
环境科学领域中,显微成像技术用于观察 微小生物和污染物的形态和分布,有助于 环境监测和污染治理。
2023
PART 02
显微镜的种类与特点
REPORTING
光学显微镜
总结词
光学显微镜是最早的显微镜形式,它使用可见光和透镜来放大样品。
详细描述
目前的光学显微镜已经达到了相当高的分辨率,但仍然受到光的衍射极限的限制。未来 可以通过采用超分辨技术、光子晶体、量子点等新型材料和技术,突破衍射极限,实现 更高的分辨率。同时,利用新型的探测器、荧光染料/探针和信号放大技术,可以提高
成像的灵敏度和动态范围,从而更好地捕捉和区分微小细节和弱信号。
土壤与水体中微小颗粒物分析
通过显微成像技术观察土壤和水体中微小颗粒物的形态、大小、分布等特征,有助于环境质量评估和污染防治。
2023
PART 05
未来显微成像技术的发展 趋势与挑战
REPORTING
高分辨率与高灵敏度成像技术
总结词
随着科学研究的深入,对显微成像的分辨率和灵敏度的要求越来越高,未来将不断涌现 出更高分辨率和高灵敏度的成像技术。

庄小威超分辨率显微成像

庄小威超分辨率显微成像

STochastic Optical Reconstruction Microscopy
Conventional image STORM image
45 nm
Rust, Bates et al, Nat Methods (2006)
STochastic Optical Reconstruction Microscopy
Hess et al, Biophys. J (2006) -- FPALM
STochastic Optical Reconstruction Microscopy
Conventional image STORM image
45 nm
Rust, Bates et al, Nat Methods (2006)
Stimulated Emission Depletion Microscopy – STED Reversible saturable optical fluorescence transition miBiblioteka roscopy – RESOLFT
Klar& Hell, Opt Lett (1999) Hell, Science (2007)
Abbe resolution (diffraction) Limit: A few hundred nanometers ~Wavelength/2NA
Resolution of light microscopy
Abbe resolution (diffraction) Limit: A few hundred nanometers
Conventional image STORM image
45 nm
RecA
Rust, Bates et al, Nat Methods (2006)

高分辨电子显微分析方法ppt

高分辨电子显微分析方法ppt

图示为硅中Z字型缺陷得 高分辨电子像,即Z字型层 错偶极子,这个位错就是两 个扩展位错在滑移面上移 动时相互作用,夹着一片层 错AB相互连接而不能运动 得缺陷。且层错得上部与 下部分别存在插入原子层。
图示就是YBa2Cu3O7超导氧化物中位错环得高分辨电子显 微想,途中两个箭头所指得部分有一个多余得原子面,这个多余 得原子面对应于晶体生长阶段引入得Cu-O层,在箭头处存在 位错矢量平行于c轴得刃型位错。
高分辨电子显微分析方法
高分辨像(HRTEM)得成像原理
高分辨电子显微像得形成
高分辨电子显微像得形成有三个过程: 1、入射电子在物质内得散射; 2、通过物镜后,电子束在后焦面上形成衍射波; 3、在像平面上形成电子显微像。
一、入射电子在物质内得散射:
对于薄膜试样,不考虑电子吸收,试样得作用只引起入射电子得相
高分辨电子显微图像得实验技术
3、物镜消像散:采用非晶膜(通常就是碳膜)高分辨像得 FFT,调整物镜象散。用CCD相机在15万倍率下拍摄非 晶碳得高分辨像,得到傅里叶变换花样,用物镜消像散器 将椭圆形傅里叶变换花样校正为正圆形即可。
高分辨电子显微方法得应用
一、晶格缺陷 位错就是对材料力学性能影响很大得最有代表性得晶格
曲小,且满足一定得衍射条件。
晶带轴
晶带轴
晶带轴
试样 晶体势场
高分辨电子显微图像得实验技术
三、衍射条件得设定:尽可能选择小得选区光栏,通过调整试样得角 度,观察电子衍射花样得变化,最终使晶体得某一晶带轴平行于电子 束,得到得衍射谱至少具有二次对称得特征,这样有利于二维晶格像 或原子结构像得获得。 四、消像散:要获得高质量得高分辨像,消除各级透镜得象散就是 至关重要得环节。其中,最重要得就是物镜象散得消除,但聚光镜 与中间镜得象散也不容忽视。 1、聚光镜消象散:通过调节聚光镜消象散器,使照明光束在顺、逆 时针旋转时都呈圆形束斑。调节时放大倍数最好大于20万倍。 2、中间镜消象散:在衍射模式下,把束斑旋钮顺时针旋转到最大,调 节中间镜消象散器,使束斑呈现出奔驰像,即奔驰汽车得符号图像。

超分辨显微镜

超分辨显微镜

光学显微镜有个分辨率的极限问题,大概是半个光学波长,比这个波长更小的物体,就分辨不出来了,比如使用400纳米的光,分辨率就是200纳米左右。

这个极 限大概19世纪就知道了,最近二十年才被打破,所以意义重大,所用的手段是纯粹的物理学,所以说今年的化学诺奖是物理学的胜利。

以前有双光子显微镜,可以稍微低于这个分辨率极限,但是实际上就在极限上工作。

所谓的超分辨率荧光显微镜,就是打破了这个分辨率的极限,比如还用400纳米的光,可以容易分辨200纳米以下的物体,甚至可以达到20纳米。

以前的显微镜总是用一束光,这束光是一根细丝,聚焦到一个很小的小点上,这个小点就是分辨率极限。

由于光的衍射效应,这个小点的大小受到光的波长的限制。

这也是自从人类发明光学显微镜以来,困扰了200多年的难题。

阎王爷先生的超 分辨荧光显微镜叫做STED, 基本原理是用两束光,实际上是两束激光,一束是正常的光聚焦到一个小点上,下图左边,这个就是衍射极限的最大分辨率;另一束激光变成中空的筒子一样,下图 中间;两束光聚焦到同一点上,由于第二束光把第一束光给灭了,只有中间那点没有灭掉,所以才能看到,这个更小的小点就是新的分辨率,打破了衍射极限,下图 右边。

这就是这个项目的重大意义所在。

这样,使用这样的光学显微镜就可以清楚看到更小的物体,比如纳米材料的形貌,更广泛的应用是在生物学领域,比如下图,等待生物学专业人士来科普。

顺便说一句,中国目前是否有这样的超分辨光学显微镜我还不清楚,北大的席锋那里可能有,质量和运性情况不知道,其他单位没有听说过。

比这个显微镜更低档一点是,双光子显微镜,所用的激光就是飞秒激光,国内估计总共有50台左右,价格每台300万到600万元,全部西方制造,只有五家公司:尼康,奥林巴斯,莱卡和蔡斯等。

更低一点档次的显微镜是激光显微镜,每台大概200万元,国内估计200台到300台之间,只有西方制造。

还有电子显微镜,分辨率可以达到0.1纳米或许更小,远远比这个超分辨的光学显微镜高,但是各有优缺点。

非凡光学显微镜的道理介绍.pptx

非凡光学显微镜的道理介绍.pptx

• 是相差显微镜一个极为重要的结构。环状光阑的像必须与相板
圾却
共轭面完全吻合,才能实现对直射光和衍射光的特殊处理。否
哈霍
则应被吸收的直射光被泄掉,而不该吸收的衍射光反被吸收,
承颓
应推迟的相位有的不能被推迟,这样就不能达到相差镜检的效
骄暮 敛匙
果。由于环状光阑是通过转盘聚光器与物镜相匹配的,因而环
沦畅
司早
荧光。与激发滤板相对应,常用以下3种压制滤板:
副勤
妓炎

紫外光压制滤板:可通过可见光、阻挡紫外光通过。能与
独娶
UG-1或UG-5组合。常用GG-3K430或GG-6K460。
僚恭

紫蓝光压制滤板:能通过510nm以上滤长的荧光(绿到
红),能与BG-12组合。通常用OG-4K510或OG-1K530。
胚夸 姜躁 秒绍
命名,前面字母代表色调,后面字母代表玻璃,数字代表型号
塌愧
特点。
叫讣
哉榔
既众
姥软
光力
忍砾
骋健
言纤
坤壤
膊腮
剔盼
琶码
弊溯
骡叉
林苯
知埋
第15页/共21页
普搓
验运
耸都
荧光显微镜--滤色系统
拖巴 贯面
钟掩
佩叹
• 1.激发滤板
浙岂
• ,根据光源和荧光色素的特点,可选用以下三类激发滤板,提供 一定波长范围的激发光。
相差显微镜的注意事项,
杜嘿 哈淑
督晚
• (1)视场光阑与聚光器的孔径光阑必须全部开大,而且光
溶延 沃墅
源要强。因环状光阑遮掉大部分光,物镜相板上共轭面又吸
俞省

高分辨透射电子显微术优秀课件.ppt

高分辨透射电子显微术优秀课件.ppt
高分辨透射电子显微术优秀课件
波的干涉
Yi
底片
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨透射电子显微术:是材料原子级别显微组织结构的相 位衬度显微术。它能使大多数晶体材料中的原子成串成像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
)首次用电子显微镜拍摄了 Ti2Nb10O29 的二维像,并指出高分辨像中一个亮点对应于 晶体结构中电子束入射方向的一个通道。这是由于通道与周 围相比对电子的散射较弱,因此在像中呈现为亮点。在弱相 位体近似成立的条件下,高分辨电子显微像就是晶体结构在 电子束方向的投影,因此将晶体结构与电子显微像结合起来。 这种直观地显示晶体结构的高分辨像就称为结构像。
高分辨透射电子显微术优秀课件
阿贝成像原理
成像系统光路图如图所示。 当来自照明系统的平行电子束投射
到晶体样品上后,除产生透射束外 还会产生各级衍射束,经物镜聚焦 后在物镜背焦面上产生各级衍射振 幅的极大值。 每一振幅极大值都可看作是次级相 干波源,由它们发出的波在像平面 上相干成像,这就是阿贝光栅成像 原理。
在此期间,人们还致力于发展超高压电镜、扫描 透射电镜、环境电镜以及电镜的部件和附件等, 以扩大电子显微分析的应用范围和提高其综合分 析能力。
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨电镜可用来观察晶体的点阵像或单原子像等所谓的高 分辨像。这种高分辨像直接给出晶体结构在电子束方向上的 投影,因此又称为结构像(图4-86)。
高分辨TEM
用物镜光阑选择透射波,观察到的象为明场象; 用物镜光阑选择一个衍射波,观察到的是暗场像; 在后焦平面上插上大的物镜光阑可以获得合成象,即高分辨
电子显微像
高分辨透射电子显微术优秀课件
高分辨显微像
高分辨显微像的衬度是由合成的透射波与衍射波的相位差所 形成的。

庄小薇三维超分辨成像

庄小薇三维超分辨成像
Here we report 2D and 3D super-resolution imaging of live cells with high spatial and temporal resolutions using photoswitchable dyes. We achieved a Nyquist resolution of ~20 nm with a time resolution as high as 0.5 s for 2D STORM imaging. Moreover, we achieved 3D volumetric super-resolution imaging of live cells
We report super-resolution fluorescence imaging of live cells with high spatiotemporal resolution using stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). By labeling proteins either directly or via SNAP tags with photoswitchable dyes, we obtained two-dimensional (2D) and 3D super-resolution images of living cells, using clathrin-coated pits and the transferrin cargo as model systems. Bright, fast-switching probes enabled us to achieve 2D imaging at spatial resolutions of ~25 nm and temporal resolutions as fast as 0.5 s. We also demonstrated live-cell 3D super-resolution imaging. We obtained 3D spatial resolution of ~30 nm in the lateral direction and ~50 nm in the axial direction at time resolutions as fast as 1–2 s with several independent snapshots. Using photoswitchable dyes with distinct emission wavelengths, we also demonstrated two-color 3D super-resolution imaging in live cells. These imaging capabilities open a new window for characterizing cellular structures in living cells at the ultrastructural level.

庄小威超分辨率显微成像PPT

庄小威超分辨率显微成像PPT

Huang et al, Science (2008)
EM
STORM
STORM
200 nm
Clathrin FBP17
Dynamin FBP17
Wu et al, Nat Cell Biol (2010)
Huang, Jones et al, Nat. Meth. (2008)
Endoplasmic Reticulum
Red light excitation Cy5
Near IR light excitation Cy7
Dempsey, Vaughan, Chen et al, Nat Methods (2011)
Mitochondria Tubulin Acetylated Tubulin Endoplasmic reticulum
Rust et al, Nat Methods (2006) -- STORM Betzig et al, Science (2006) -- PALM Hess et al, Biophys. J (2006) -- FPALM
Single-molecule localization
σ ≈ σPSF / N1/2
1 nm
Diffraction-limited resolution
Diffraction-limited resolution
d 200 250 350 450 550 d= = 650 750 nm nm
Resolution of light microscopy
Abbe resolution (diffraction) Limit: A few hundred nanometers ~Wavelength/2NA

超分辨率显微技术

超分辨率显微技术
❖ 缺点: 1.需要强光,能量利用率低; 2.过强光会引起光致漂白; 3.应用ORM复杂。
➢ 基态损耗超高分辨率显微镜 Ground state Depletion (GSD)
GSDIM原理:
❖ 分子从基态S0 激发到第一激发 态之后,有两种途径返回到基 态;一种是通过进程(2)回到 基态,还有一种就是经过一个 次激发态回到基态,比如三重 态。后者分子将会自由辐射回 基态。
总结
挑战
挑战: xyz方向分辨率提高; 活细胞内实时观测; 3D分层扫描; 结果处理软件标准化; 荧光染料选择; 生物样品准备等。
QUESTION
补充材料
➢ 补充材料
➢ 饱和结构光照明显微技术
工作原理:
经典分辨率限制条件确定了普通显微镜所能观察到的最大 空间频率为k0,
k0=2NA/λem. 如果将样品的频率扩展到2维空间,那这一限制可以定义成 一个“观察区域”,是一个以k0为半径的圆周,区域外的 信息则无法被观察到。 对于饱和结构光照明显微镜则是通过将区域外的信息以莫 尔条纹的形式移动到观察区域当中,莫尔条纹是由两个信 号复合在一起的混合频率产生的
❖ 基态损耗原则表明,在给定 的时间内将一部分分子保持在 活跃状态,有利于单独记录单 个分子的位置状态。
GSD装置图
基态损耗显微镜是通过荧光随机读出分子的位置,通 过这种方法对图像上的每个位置进行识别标示,本质 上,这种方法要依靠算法来确定每个分子的位置。
GSD优缺点
(参照三维定位显微镜的超分辨率系统 Leica SR GSD 3D) 1、最大横向分辨率降至20nm 2、在线超分辨率图像投影-看到真实原样的结果 3、在多功能活细胞成像系统上将超分辨率与TIRF和落射荧光相 结合,提供了全面的应用灵活性
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Rust et al, Nat Methods (2006) -- STORM Betzig et al, Science (2006) -- PALM Hess et al, Biophys. J (2006) -- FPALM
Single-molecule localization
σ ≈ σPSF / N1/2
z
100 nm
y x
Pit 4
z x x
y x
z x
100 nm
y x
z x
Nyquist resolution: ~20 nm Time resolution: ~1 sec Frame rate: 500 Hz – 1kHz
Jones, Shim et al, Nat Methods (2011)
Ke et al, Nat Methods (in press)
Actin
Ventral layer
x,y -200 nm Z Dorsal layer
2 µm 350 nm
Conventional
STORM dorsal layer
STORM ventral layer
200 nm
Localization precision (SD): xy ~ 4 nm; z ~ 8 nm Resolution (FWHM): xy < 10 nm; z < 20 nm
“Here we demonstrate the concept of STORM using the cyanine switch, but in principle any suitable optically switched fluorophore could be used.” "The STORM concept is also applicable to other photoswitchable fluorophores and fluorescent proteins.”
RecA
Rust, Bates et al, Nat Methods (2006)
Conventional
STORM
Bates et al, Science (2007)
Photo-switchable cyanine dyes
Red light
Cy5
UV light
Red
UV
Bates et al, PRL (2005) Dempsey et al, JACS (2009)
5 µm
Huang et al, Science (2008)
2D STORM
3D STORM
Huang et al, Science (2008)
2D STORM
3D STORM
y x
100 nm
y x
z x
Localization precision (SD): xy ~ 8 nm; z ~ 20 nm Resolution (FWHM): xy < 20 nm; z < 50 nm
Photo-switchable cyanine dyes
Red light
Cy5
UV light
+
Red UV
Dark state
Dempsey et al, JACS (2009)
Photo-switchable cyanine dyes
Red light
Cy5
UV light
+
Red
Dark state
3 µm
Actin
x,y -200 nm Z
2 µm 350 nm
Conventional
STORM dorsal layer
STORM ventral layer
200 nm
Localization precision (SD): xy ~ 4 nm; z ~ 8 nm Resolution (FWHM): xy < 10 nm; z < 20 nm
Huang et al, Science (2008)
EM
STORM
STORM
200 nm
Clathrin FBP17
Dynamin FBP17
Wu et al, Nat Cell Biol (2010)
Huang, Jones et al, Nat. Meth. (2008)
Endoplasmic Reticulum
Dempsey et al, JACS (2009)
Single red laser Commercial Alexa 647 (Cy5 analog) labeled antibody
Conventional
500 nm
STORM
5 µm
Zhuang, Nature Photon. (2009)
STochastic Optical Reconstruction Microscopy
σ ≈ σPSF / N1/2
Rust et al, Nat Methods (2006) -- STORM Betzig et al, Science (2006) -- PALM Hess et al, Biophys. J (2006) -- FPALM
Light microscopy
LM 100 µm
10 µm
1 µm
100 nm
10 nm
Alberts et al, Molecular Biology of the Cell
1 nm
Light microscopy
LM 100 µm
10 µm
1 µm
~5 nm
100 nm
10 nm
Alberts et al, Molecular Biology of the Cell
Resolution of light microscopy
Abbe resolution (diffraction) Limit: A few hundred nanometers To resolve molecules: A few nanometers Discrepancy: Two orders of magnitude
Gelles et al, Nature (1988) Thompson et al, Biophys J (2002) Yildiz, Selvin et al, Science (2003)
Molecular motor (Myosin V)
Yildiz et al, Science (2003)
Single-­‐molecule-­‐localization based approach
Stochastic Optical Reconstruction Microscopy -- STORM (Fluorescence) Photoactivation Localization microscopy --(F)PALM
Dempsey, Vaughan, Chen et al, Nat Methods (2011)
3D STORM
(x, y, z)
In focus
z (nm) 400 200 0 -200

EMCCD
-400
Huang et al, Science (2008)
z (nm)
800 600 400 200 0
Conventional image STORM image
45 nm
Rust, Bates et al, Nat Methods (2006)
STochastic Optical Reconstruction Microscopy
Conventional image STORM image
45 nm
Ke et al, Nat Methods (in press)
Live-cell 3D STORM
NEB Pit 1 Pit 2
Clathrin Transferrin
Alexa 647clathrin Alexa 647clathrin Alexa 568transferrin
y x
Pit 3
STochastic Optical Reconstruction Microscopy
Conventional image STORM image
45 nm
Rust, Bates et al, Nat Methods (2006)
STochastic Optical Reconstruction Microscopy
Live cell imaging with different probes
Alexa 647
Fluorescent proteins tdEos mEos2
Cell permeable dyes Oregon green TMR Atto655
Jones, Shim et al, Nat Methods (2011)
Super-resolution fluorescence imaging with STORM
Xiaowei Zhuang, Harvard University , HHMI USTC imaging course, 2011
Bio-imaging at various lengths scales
1 nm
10 nm
100 nm1 µmFra bibliotek10 µm
100 µm
1 mm
10 mm 100 mm PET
1m
MRI CT Light Microscopy EM, SPM X-ray crystallography, NMR, EM
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