超高分辨率荧光显微镜技术的发展与应用

超高分辨率荧光显微镜技术的发展与应用

随着现代科学技术的不断进步，显微镜的发展也越来越迅速，

而在基础医学和生物学研究中，荧光显微镜技术一直被认为是最

有效的工具之一。而今天，超高分辨率荧光显微镜技术的发展使

这个领域的研究者取得了更深入、更广泛的发现。在本文中我们

将探讨超高分辨率荧光显微镜技术的发展与应用。

二十世纪八十年代末期，人们用传统荧光显微镜发现了超分辨

显微镜图像。这一时期，人们开始利用STED（Stimulated Emission Depletion，受激发射耗尽）原理实现超分辨显微镜成像，由于分辨率大大提高，这种方法成为了超高分辨率荧光显微镜的

基础。

超高分辨率荧光显微镜（Superresolution Fluorescence Microscopy）可以提高微观观测的分辨率，它可以实现纳米尺度的成像分辨率，这对于研究细胞内分子、生命过程中微小结构的发

现以及新药研发等领域具有非常重要的应用价值。它不但可以对

单细胞的形态结构进行观测，还可以详细地分析分子间相互作用

的过程。

从技术层面上讲，发展了多种超高分辨率荧光显微镜技术，其

中包括学术研究人员普遍使用的单分子荧光准确定位、Hell 荧光

模拟整体;困难域方法（STED）、基于双光子、金属纳米结构信号放大的PETCFM、PALM/STORM。

单分子荧光准确定位技术（PALM/STORM）是基于分子在荧

光显微镜上发射的光的点扩散函数（PSF）的性质实现的。它可以通过在时间和空间尺度上测量荧光光子来定位分子的位置。它具

有高分辨率、灵敏度和稳定性的优点，是实现单分子层面成像的

可行方法。

STED技术是通过一个环形的持续激光束抑制荧光分子在激发

束外发出荧光，从而实现分辨率的提高。STED技术可以实现亚

10纳米的分辨率，广泛应用于细胞器、细胞质骨架等的研究领域。

双光子荧光显微镜技术可以利用荧光信号的非线性效应实现纳

米级别的分辨率。它能够在深度内部的组织层面上进行成像。”这

项技术在神经系统和免疫学领域中发挥着至关重要的作用，如神

经突触中径向分布的蛋白分子分布状态的成像、细胞动力学研究

等领域。

PETCFM技术可以利用金属纳米结构使荧光被放大，从而实现

非常小的分子的分辨率。PETCFM技术在药物发现和深入的分子

分析方面具有很大的潜力，在细胞T 层面研究中有着广泛的应用。

在实际应用方面，高分辨率成像可以加强单分子水平的空间表征，给细胞和组织内分子结构和其环境相关的动态过程带来更大

的阐释力。同时，高分辨率成像利用其分子空间表征能力，会对

新药研究产生深刻的影响。

在人类研究进化、细胞免疫学、神经生物学和其它多个领域，

高分辨率荧光显微镜技术所带来的突破性进展，为基础研究提供

了更准确的出发点，同时也为医学、药学、生物技术和其它应用

领域提供了新的工具和视角。随着技术的提高，这项技术将会在

未来有更广泛、深入的应用。